鉅大LARGE | 點擊量：533次 | 2021年12月21日
新型3D 打印固態(tài)電池充放電 10,000 次且性能不下滑，能取代鋰電池嗎？
鋰離子電池無處不在：在智能手機、筆記本電腦、電動汽車中，甚至在您的手表中。然而，隨著電子技術(shù)變得越來越復(fù)雜，以及越來越多的汽車、公共汽車和卡車使用電池供電，科學(xué)家們正在努力開發(fā)比當(dāng)今領(lǐng)先技術(shù)更輕、能量密度更高且理想情況下更安全的新化學(xué)物質(zhì)。他們說，下一個前沿是固態(tài)電池，也許是3D打印電池。
最近，3D打印初創(chuàng)公司Sakuu（前身為KeraCel）開發(fā)了一種固態(tài)電池，聲稱其性能“等于或優(yōu)于”當(dāng)前鋰離子電池的性能。小型3安培小時(Ah)電池——大約相當(dāng)于三個AAA堿性電池的容量，是與Sakuu的增材制造平臺一起生產(chǎn)的。該技術(shù)允許該公司將多種材料沉積在一個薄的單層上。
Sakku的首席技術(shù)官KarlLittau告訴IEEESpectrum，為了獲得最高能量密度的電池，我們希望盡量減少所有對電池性能沒有任何影響的元素的體積。這就是印刷真正能夠?qū)崿F(xiàn)的那種事情。
與許多固態(tài)設(shè)計一樣，Sakuu的電池包含鋰金屬陽極，以及分隔陽極和陰極的陶瓷電解質(zhì)。相比之下，鋰離子電池使用有機液體作為電解質(zhì)，這增加了電池著火的風(fēng)險。該公司的3D打印平臺基于麻省理工學(xué)院開發(fā)的粘合劑噴射打印工藝。在粘合劑噴射中，液體試劑沉積在粉末顆粒的薄床上；目前，Sakuu表示它可以將金屬噴射和陶瓷粘合劑噴射結(jié)合在一個構(gòu)建中。
該公司表示，其固態(tài)電池的能量容量比去年提高了100倍，體積能效提高了12倍以上。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
這家位于加利福尼亞州圣何塞的初創(chuàng)公司預(yù)計將在今年晚些時候從原型打印機系統(tǒng)發(fā)展為第一臺自動打印機。Littau說，這應(yīng)該可以將公司打印電池的能力提高一個數(shù)量級或更多。
隨著Sakuu的規(guī)模擴大，另一家3D打印公司表示，它通過自己的固態(tài)電池設(shè)計實現(xiàn)了重要的里程碑。瑞士公司BlackstoneResources的德國子公司BlackstoneTechnology于4月宣布，它成功打印并測試了其首個工作固態(tài)電池。（微型電池袋的照片顯示它為LED燈帶供電。）該公司也在為液體電解質(zhì)電池開發(fā)自動化3D打印技術(shù)。
與此同時，電池科學(xué)家正在努力改進固態(tài)化學(xué)本身。
李欣表示，雖然固態(tài)鋰金屬設(shè)計長期以來一直被認(rèn)為是電池的大獎，但由于其高容量和能量密度，該技術(shù)也存在穩(wěn)定性差的問題。這個問題幾十年來一直困擾著電池的商業(yè)化之路。
問題是鋰金屬絲，稱為“枝晶”。隨著每個電池循環(huán)在陽極上生長。最終，針狀枝晶可以穿透電解質(zhì)到達陰極。如果發(fā)生這種情況，電池更有可能短路并可能著火。安全問題是電動汽車電池的一個大問題。
最近，李和他的哈佛同事開發(fā)了一種獨特的方法來抑制枝晶生長。這個想法是在陽極和陰極之間分層不同穩(wěn)定性的不同材料，來控制討厭的細絲。研究人員表示，他們的實驗室原型可以在高電流密度下充電和放電至少10,000次，而性能不會下降太多。
李說，如果穩(wěn)定性問題得到解決，那么固態(tài)電池在電動汽車電池市場有巨大的擴張機會。然而，特別是當(dāng)談到3D打印電池時，他說他不太確定它們的潛力。總的來說，3D打印太慢了，他說，并補充說這個過程可能更適合制造微型電池，比如電腦主板和手表中的電池。
就Sakku而言，Sakku表示其3D打印過程是為電動汽車設(shè)計的。這家初創(chuàng)公司得到了日本汽車零部件制造商MusashiSeimitsu的支持。不過，Littau表示，電動汽車遠不是唯一的潛在市場。它的打印平臺可以制造從兩輪滑板車電池到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備傳感器的所有產(chǎn)品。印刷實際上開啟了一些有趣的可能性，他說。
