3D打印技術造出微觀多孔鋰離子電池 容量提升了4倍

八月二日消息，美國工程師已經研發出一種3D打印方法，有可能極大的提升鋰離子電池的容量和充放電速度。

假如鋰離子電池的電極含有微觀的氣孔或者通道，那么它們的容量就會得到極大的改善。目前來說，通過添加物制造的最佳多孔電極，其內部的幾何結構是相互交叉的，這就能夠讓鋰離子在充電和放電的過程中自由的在電池內游動，但這并非是最理想的設計。

卡內基梅隆大學機械工程學副教授RahulPanat帶領的一個研究團隊與密蘇里科技大學進行合作，他們已經研發出了一種3D打印電池電極的新方法，這種方法能夠打造出擁有受控氣孔的微觀金屬結構。他們的研究結果已經發表在《添加劑制造業》雜志上。

Panat稱：“在鋰離子電池中，擁有多孔結構的電極能夠帶來更強的蓄電容量。這是因為這種結構允許鋰離子大量進入電極內，這就能夠實現更高的電極利用率，而且帶來更高的蓄電能力。在普通電池中，電極有30%到50%是得不到利用的。我們通過3D打印技術克服了這一問題，3D打印制造的微觀電極結構能夠讓鋰離子在電極內更加有效的傳輸，這也會改善電池的充電速度。”

被用作鋰離子電池電極的微觀金屬結構能夠將比容量提升四倍，而且與傳統固體電池相比區域容量新增了兩倍。據卡內基梅隆大學的研究人員稱，這種電極在經過40次的電化學過程之后，仍然保留了它們復雜的3D晶格結構，這也證實了它們的機械穩定性。

卡內基梅隆大學的研究人員借助了氣流噴印3D打印系統的現有能力，研發出了他們自己的3D打印方法，制造出多孔的微觀金屬結構。在此之前，3D打印電池的研究都受到擠壓打印技術的限制，也就是通過噴嘴擠壓材料形成持續結構的打印技術。借助擠壓打印技術只能制造出交叉結構的電池。

借助Panat實驗室研發的這種新方法，研究人員能夠快速的將一個一個的個體液滴堆疊成三維結構，從而打印出電池電極。這種技術打印出的結構有著復雜的幾何學特性，這是傳統擠壓打印方法無法制造出來的。

Panat稱：“由于這些液滴是彼此分離的，所以我們能夠創造出這種全新的復雜幾何學結構。假如它們是像傳統擠壓打印技術所使用的那種里持續材料，我們就無法制造出這種復雜電極結構。這是一個新的研究領域，在此之前我并不認為有人能夠借助3D打印技術創造出這些復雜的結構。”研究人員估計，這種新3D打印方法衍生出的技術大約在2到3年內就能夠實現工業應用。