3D打印电极为锂电池增添全新的元素

据外媒报道，锂电池圈的研究重点集中在电极上。作为导电介质中输入或导出电流的组件，科学家们不断调整其组成及其产生的化学反应，以追求更好的电池性能。这其中包括卡内基梅隆大学的研究人员，他们提出了一种3D打印格栅电极的新方法，他们认为这种方式带来了“前所未有的改进”。

寻找新的和改进的锂电池电极已经出现了许多有希望的可能性。这些涉及将硅置于石墨烯“牢笼”内，开发微小的纳米线，并开发出SiliconX等新材料。3D打印也已成为可能的一种途径，因为它可用于生产具有多孔结构的电极，为电解质渗透提供额外的通道，从而产生更好的电池容量。目前，最佳结构被称为叉指几何，但正如卡内基梅隆大学机械工程副教授Rahul Panat所说的那样，它有一个上限。

“叉指几何形状确实是多孔的，确实允许电解质通过通道，”Panat告诉New Atlas。“然而，它是一种2D结构，只能通过挤压打印扩展到3D，并且它的制造方式有限。”Panat和一组机械工程师开发了一种新的3D打印方法，克服了这一限制，并允许任何尺寸的微晶格架构。它涉及使用正确的表面和惯性力将精确尺寸的微量液滴喷出，使液滴能够以允许形成复杂3D结构的方式粘附。

“由于这种方式，印刷的液滴粘附在支柱上而不是从支柱上脱落，”Panat表示。“然后压板加热去除溶剂，使得柱子准备好接收下一个含有银纳米粒子的液滴。这是一个非常快速的过程，一直持续到形成完整的晶格。人们此前没有使用这种机制来制造电池。我们开发了这种机制，并且正在申请专利。“


当用作锂离子电池中的电极时，所得的微晶格结构表现良好。该团队在实验室进行了一系列测试，发现与标准电池电极相比，格子电极的比容量增加了四倍（单位质量的mAh容量），面积容量增加了两倍。它们在40个电化学循环后保留其复杂的晶格结构。

“我们将寻求尝试不同的电极材料，并探索通过多喷嘴系统扩大生产规模，”Panat解释道。“此外，可以增加加热速率，以缩短微滴的蒸发时间，从而加快工艺流程。我们希望与行业合作伙伴和投资者合作，为未来的商业化提供资金。”

该研究发表在《Additive Manufacturing》杂志上。