Трехмерная печать, также называемая добавочным производством, стала игровым устройством в разработке многих новых продуктов. Теперь для проектирования высокопористых литиево-ионных аккумуляторных электродов применяется новый тип 3D-печати. Новая геометрия электрода обещает более высокую скорость зарядки и большую плотность энергии в будущих ячейках ионно-литиевых батарей.

Настоящие коммерческие литиево-ионные батареи можно считать двухмерными. Плоские электроды параллельны друг другу, и ионы лития протекают от одного электрода к другому через электролит, который отделяет их во время зарядки и разрядки. Несмотря на то, что батарея представляет собой цилиндрическую, монетную, призматическую или плоскую конфигурацию, основная архитектура параллельных электродов одинакова.

 3D печатный аккумуляторный электрод «высота =» 673 «width =» 880 «style =» width: 700px; height: 535px «class =" media-element file-default "src =" https://www.designnews.com/sites/default/files/0730-em-rahul-battery.png "/> </td>
</tr>
<tr>
<td>
<p> <em> Трехмерная аэрозольная печатная архитектура решетки обеспечивает каналы для транспортировки электролитов внутри объема материала. Для кубического электрода большая часть материала не будет подвергаться воздействию электролита. <strong> </strong> (</em> <em> источник: </em> <strong> <em> </em> </strong> <em> Рахул Панат и Мохаммад Садек Салех, Университет Карнеги Меллона) </em> </p>
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<p> <strong> Активный материал </strong> </p>
<p> Емкость аккумулятора связана с общим количеством активного материала, участвующего в электрохимической реакции. Однако при использовании твердых плоских электродов расстояние, на которое могут проникать ионы лития, ограничено. Одно из решений заключается в том, чтобы поверхность электродов была очень большой, но это приводит к тяжелым батареям и размер которых затрудняет их упаковку в небольших персональных электронных устройствах или даже электромобилях (EV). </p>
<p> Однако с увеличением площади поверхности электрода трехмерные пористые электроды обеспечили бы увеличение участия активных электрохимических материалов. Исследователи исследовали пены и другие пористые материалы для этого применения. Они также посмотрели 3D-печать. </p>
<div class='code-block code-block-3 ai-viewport-1 ai-viewport-2' style='margin: 8px 0; clear: both;'>
<!-- Yandex.RTB R-A-268541-2 -->
<div id=

Традиционный 3D

Традиционная трехмерная печать основана на экструзии, где резьба материала экструдируется из нагретого сопла. Слой для слоя непрерывного протектора создается для создания структур. Используя этот метод, структура, которая создавала лучшие пористые электроды при производстве добавок, была взаимосвязана с геометрическими связями металлическими зубцами, такими как переплетенные пальцы.

Эта взаимосвязанная геометрия позволяет ионам лития эффективно проходить через аккумулятор во время зарядки и разрядки. Но это не оптимально. Если бы электрод мог быть напечатан 3D с порами и каналами, можно было бы увеличить емкость литиево-ионной батареи.

 SEM-вид 3D-электрода с зарядовой батареей "height =" 405 "width =" 610 "style =" width: 500px; height: 332px "class =" media-element file-default "src =" https://www.designnews.com/sites/default/files/0730-em-rahul-battery-microscope.png "/> </td>
</tr>
<tr>
<td>
<p> <em>. Эти изображения сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) трехмерных печатных электродов для литий-ионных батарей были взяты с верхней части микрорешетчатых электродов высотой около 250 мм. <strong> <em> </em> </strong> </em> <em> источник: </em> <strong> <em> </em> </strong> <em> Рахул Панат и Мохаммад Садек Салех, Университет Карнеги Меллона) </em> </p>
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<p> <strong> Новый 3D аэрозоль </strong> </p>
<p> В настоящее время для создания экспериментальных 3D-печатных электродов используется новый тип 3D-печати, использующий осаждение и накопление отдельных капель в трехмерные структуры. Это работа Рахула Паната, доцента, механики в Университете Карнеги-Меллона. Используя метод, разработанный в лаборатории Паната, исследователи могут создавать трехмерные печатные структуры, имеющие сложные геометрии, которые невозможно изготовить с использованием типичных методов трехмерной печати методом экструзии. </p>
<p> «В случае литий-ионных батарей электроды с пористой архитектурой могут привести к увеличению емкости заряда», — сказал Панат в пресс-релизе Carnegie Mellon. «Это связано с тем, что такие архитектуры позволяют литию проникать через объем электрода, что приводит к очень высокому использованию электрода и, следовательно, к более высокой емкости хранения энергии. В обычных аккумуляторах от 30% до 50% от общего объема электрода не используется. Наш метод преодолевает эту проблему с помощью 3D-печати, где мы создаем архитектуру микрорешетки, которая позволяет эффективно переносить литий по всему электроду, что также увеличивает скорость зарядки аккумулятора ». </p>
<p> <strong> Улучшение </strong> </p>
<p> 3D-печать структуры микрорешетки в качестве аккумуляторного электрода, как показывают исследователи в статье, опубликованной в журнале <em> Additive Manufacturing </em>значительно улучшает пропускную способность и скорости разряда заряда для экспериментальных литий-ионных батарей. </p>
<p> Исследователи использовали 3D-систему Aerosol Jet 3D. «Поскольку эти капли отделены друг от друга, мы можем создать эти новые сложные геометрии», — сказал Панат. «Если бы это был единственный поток материала, как в случае экструзионной печати, мы бы не смогли их сделать. Это новая вещь. Я не верю, что никто до сих пор не использовал трехмерную печать для создания таких сложных структур ». По оценкам Паната, процесс печати трехмерных электродов может быть готов для промышленных применений« через два-три года ». </p>
<div>
<div style= ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:

  • Углерода больше

  • Самосборная батарея

  • Нанопроводы в литиевых металлических батареях

Старший редактор Кевин Клеменс уже более 30 лет пишет об энергетических, автомобильных и транспортных темах. Имеет степень магистра в области материаловедения и экологического образования, а также докторскую степень по машиностроению, специализирующуюся на аэродинамике. Он установил несколько мировых рекордов скорости на электромобилях, которые он построил в своей мастерской.

 Логотип Battery Show "height =" 80 "src =" https://www.designnews.com/sites/default/files/Design%20News /BatteryShow_image_rev_100px.png "style =" width: 85px; height: 68px; float: left "width =" 100 "/> Конференция по аккумуляторам в Северной Америке. </strong> <br /> Присоединяйтесь к нашей углубленной программе конференции с более чем 100 техническими <br /> <strong> The Battery Show </strong>. 11-13 сентября 2018 года в Нови, штат Мичиган. Зарегистрируйтесь на мероприятие, организованное <em>. ] Новости дизайна </em> «Материнская компания UBM. </td>
</tr>
</tbody>
</table>
</pre>

<span class=
Go to Top

Поделитесь статьей!

close-link