3D che stampa la prossima generazione di batterie al litio

August 14, 2018

Riassunto: la stampa 3D può essere usata per fabbricare gli elettrodi porosi per gli Accumulatori liti-ione -- ma a causa della natura del processo di fabbricazione, la progettazione di questi elettrodi stampati 3D è limitata appena ad alcune architetture possibili. Finora, la geometria interna che ha prodotto i migliori elettrodi porosi con fabbricazione additiva era che cosa è conosciuto come geometria interdigitated -- i forconi del metallo hanno collegato come le dita di due messi le mani, con il litio che si muove fra i due lati.

 

 

La capacità dell'Accumulatore litio-ione può essere migliorata notevolmente se, sulla microscala, i loro elettrodi hanno i pori e canali. La geometria interdigitated, sebbene permetta che il litio trasporti efficientemente tramite la batteria durante caricarsi e lo scarico, non è ottimale.

 

Rahul Panat, un professore associato di ingegnere meccanico al Carnegie Mellon University e un gruppo dei ricercatori dal Carnegie Mellon in collaborazione con l'università del Missouri di scienza e tecnologia ha messo a punto un nuovo metodo rivoluzionario di elettrodi 3-D della batteria di stampa che crea una struttura 3-D di microlattice con porosità controllata. la stampa 3-D questa struttura di microlattice, i ricercatori mostra in una carta pubblicata nella fabbricazione additiva del giornale, notevolmente migliora i tassi di tassa-scarico e della capacità per gli Accumulatori liti-ione.

«Nel caso degli Accumulatori liti-ione, gli elettrodi con le architetture porose possono condurre più su per caricare le capacità,» dice Panat. «Questo è perché tali architetture permettono che il litio penetri attraverso il volume dell'elettrodo che conduce all'utilizzazione molto alta dell'elettrodo e la capacità quindi più alta di immagazzinamento dell'energia. In batterie normali, 30-50% del volume totale dell'elettrodo è non utilizzato. Il nostro metodo sormonta questa edizione usando la stampa 3D dove creiamo un'architettura dell'elettrodo di microlattice che permette il trasporto efficiente di litio tramite l'intero elettrodo, che inoltre aumenta la batteria che carica i tassi.»

Il metodo di fabbricazione additivo presentato in relazione di Panat rappresenta un importante passo in avanti nella stampa delle geometrie complesse per le architetture 3-D della batteria come pure un punto importante verso geometricamente l'ottimizzazione delle configurazioni 3-D per immagazzinamento dell'energia elettrochimico. I ricercatori stimano che questa tecnologia sia pronta a tradurre alle applicazioni industriali durante circa 2-3 anni.

La struttura di microlattice (AG) usata mentre gli elettrodi degli Accumulatori liti-ione sono stati indicati per migliorare la prestazione della batteria in parecchi modi quali un aumento quadruplo nella capacità specifica e un aumento duplice nella capacità areale una volta confrontati ad un elettrodo solido del blocco (AG). Ancora, gli elettrodi hanno conservato le loro strutture di grata complesse 3D dopo quaranta cicli elettrochimici che dimostrano la loro robustezza meccanica. Le batterie possono così avere capacità elevata per lo stesso peso o alternatamente, per la stessa capacità, un peso notevolmente riduttore -- quale è un attributo importante per le applicazioni del trasporto.

I ricercatori del Carnegie Mellon hanno messo a punto il loro proprio metodo 3-D di stampa per creare le architetture porose di microlattice mentre fare leva le capacità attuali di un sistema di stampa 3-D del getto dell'aerosol. Il sistema del getto dell'aerosol inoltre permette che i ricercatori stampino i sensori planari e l'altra elettronica su una microscala, che è stata spiegata all'inizio di quest'anno alla facoltà di ingegneria dell'università del Carnegie Mellon.

Finora, gli sforzi stampati 3-D della batteria sono stati limitati aa stampa basata a estrusione, dove un cavo di materiale è espulso da un ugello, creante le strutture continue. Le strutture di Interdigitated erano possibili facendo uso di questo metodo. Con il metodo messo a punto nel laboratorio di Panat, i ricercatori possono alla stampa 3-D gli elettrodi della batteria rapidamente montando le diverse goccioline ad un ad uno nelle strutture tridimensionali. Le strutture risultanti hanno geometrie complesse impossibli fabbricare facendo uso dei metodi tipici dell'estrusione.

«Poiché queste goccioline sono separate l'uno dall'altro, possiamo creare queste nuove geometrie complesse,» dice Panat. «Se questa fosse una singola corrente di materiale, come è nel caso di stampa dell'estrusione, non avremmo potuti farle. Ciò è una nuova cosa. Non credo che qualcuno finora abbia usato la stampa 3-D per creare questi generi di strutture complesse.»

Questo metodo rivoluzionario sarà molto importante per prodotti elettronici di consumo, l'industria degli apparecchi medici come pure le applicazioni aerospaziali. Questa ricerca integrerà bene con gli apparecchi elettronici biomedici, in cui le batterie miniaturizzate sono richieste. I micro-dispositivi elettronici non biologici inoltre trarranno giovamento da questo lavoro. E su una più grande scala, gli apparecchi elettronici, i piccoli fuchi e le applicazioni aerospaziali stesse possono usare questa tecnologia pure, dovuto il peso basso e la capacità elevata delle batterie stampate facendo uso di questo metodo.

 

Inclusione dell'Accumulatore litio-ione di sostegno della BATTERIA di TAC varia del litio del polimero e della batteria lifepo4 e del pacchetto cilindrici