3D que imprime a próxima geração de baterias de lítio

Sumário: a impressão 3D pode ser usada para fabricar os elétrodos porosos para baterias do lítio-íon -- mas devido à natureza do processo de manufatura, o projeto destes elétrodos impressos 3D é limitado apenas a algumas arquiteturas possíveis. Até aqui, a geometria interna que produziu os melhores elétrodos porosos com a fabricação aditiva era o que é sabido como uma geometria interdigitated -- os dentes do metal bloquearam como os dedos de duas mãos abraçadas, com o lítio que shuttling entre os dois lados.

a capacidade da bateria do Lítio-íon pode vastamente ser melhorada se, no microscale, seus elétrodos têm os poros e os canais. Uma geometria interdigitated, embora permite que o lítio transporte através da bateria eficientemente durante o carregamento e o descarregamento, não é ótima.

Rahul Panat, um professor adjunto da engenharia mecânica no Carnegie Mellon University, e uma equipe dos pesquisadores do Carnegie Mellon em colaboração com a universidade de Missouri da ciência e da tecnologia desenvolveu um método novo revolucionário dos elétrodos 3-D da bateria da impressão que criasse uma estrutura 3-D do microlattice com a porosidade controlada. a impressão 3-D esta estrutura do microlattice, os pesquisadores mostra em um papel publicado na fabricação aditiva do jornal, melhora vastamente as taxas da capacidade e da carga-descarga para baterias do lítio-íon.

“No caso das baterias do lítio-íon, os elétrodos com arquiteturas porosas podem conduzir para carregar mais altamente capacidades,” diz Panat. “Isto é porque tais arquiteturas permitem que o lítio penetre através do volume do elétrodo que conduz à utilização muito alta do elétrodo, e capacidade de armazenamento de uma energia desse modo mais alta. Em baterias normais, 30-50% do volume total do elétrodo são unutilized. Nosso método supera esta edição usando a impressão 3D onde nós criamos uma arquitetura do elétrodo do microlattice que permita o transporte eficiente do lítio através do elétrodo inteiro, que igualmente aumenta as taxas do carregamento de bateria.”

O método de fabricação aditivo apresentado no papel de Panat representa um avanço principal em imprimir geometria complexas para arquiteturas 3-D da bateria, assim como uma etapa importante para geometricamente o aperfeiçoamento de configurações 3-D para o armazenamento de energia eletroquímico. Os pesquisadores calculam que esta tecnologia estará pronta para traduzir às aplicações industriais em aproximadamente 2-3 anos.

A estrutura do microlattice (AG) usada enquanto os elétrodos das baterias do lítio-íon foram mostrados para melhorar quatro vezes mais o desempenho da bateria em diversas maneiras tais como um aumento na capacidade específica e um aumento duplo na capacidade regional quando comparados a um elétrodo contínuo do bloco (AG). Além disso, os elétrodos retiveram suas estruturas de estrutura 3D complexas após quarenta ciclos eletroquímicos que demonstram seu vigor mecânico. As baterias podem assim ter o de alta capacidade para o mesmo peso ou alternadamente, para a mesma capacidade, um peso vastamente reduzido -- qual é um atributo importante para aplicações do transporte.

Os pesquisadores do Carnegie Mellon desenvolveram seu próprio método 3-D da impressão para criar as arquiteturas porosas do microlattice ao leveraging as capacidades existentes de um sistema de impressão 3-D do jato do aerossol. O sistema do jato do aerossol igualmente permite que os pesquisadores imprimam sensores planares e a outra eletrônica em uma micro-escala, que seja distribuída na faculdade de universidade do Carnegie Mellon do planejamento no começo desse ano.

Até aqui, os esforços impressos 3-D da bateria foram limitados à impressão extrusão-baseada, onde um fio do material é expulsado de um bocal, criando estruturas contínuas. As estruturas de Interdigitated eram possíveis usando este método. Com o método desenvolvido no laboratório de Panat, os pesquisadores podem à cópia 3-D os elétrodos da bateria rapidamente montando gotas individuais um a um em estruturas tridimensionais. As estruturas resultantes têm as geometria complexas impossíveis fabricar usando métodos típicos da extrusão.

“Porque estas gotas são separadas de se, nós podemos criar estas geometria complexas novas,” diz Panat. “Se este era um único córrego do material, como é no caso da impressão da extrusão, nós não poderíamos os fazer. Esta é uma coisa nova. Eu não acredito que qualquer um até aqui usou a impressão 3-D para criar estes tipos de estruturas complexas.”

Este método revolucionário será muito importante para produtos eletrónicos de consumo, indústria dos dispositivos médicos, assim como as aplicações aeroespaciais. Esta pesquisa integrará bem com os dispositivos eletrónicos biomedicáveis, onde as baterias miniaturizadas são exigidas. os micro-dispositivos eletrônicos Não-biológicos igualmente tirarão proveito deste trabalho. E em uma escala mais grande, os dispositivos eletrónicos, os zangões pequenos, e as aplicações aeroespaciais elas mesmas podem usar esta tecnologia também, devido ao baixos peso e de alta capacidade das baterias impressas usando este método.

Incluir da bateria do lítio-íon do apoio da BATERIA de TAC vário do lítio do polímero e da pilha e do bloco cilíndricos de bateria lifepo4