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美國用3D打印技術(shù)制成沙粒大小3D微電池

魔猴君  行業(yè)資訊   3687天前

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近日,美國一項研究利用3D打印技術(shù)成功制成只有沙粒大小的3D微電池,而電化性能可媲美商用蓄電池。這樣打印出的電極既保證了儲能材料的數(shù)量,又讓正極和負(fù)極之間的距離足夠短,因此封裝制成的3D微電池具有快速充放電能力,其面積能量密度和功率密度在目前3D微電池領(lǐng)域居于前列。而墨水為LFP和LTO。這種電池將來有望用于為微米乃至納米器件提供能量。


據(jù)研究第一作者、美國伊利諾伊大學(xué)厄巴納-尚佩恩分校在讀博士生孫苛(音譯)介紹,大約10年前美國科學(xué)家提出3D微電池的概念,過去的制備方法都基于較為成熟的微電子技術(shù)以及新興微加工技術(shù),不僅成本較高,而且迄今沒有獲得理想的成果;他們則轉(zhuǎn)而采用方興未艾的3D打印技術(shù)。


3D打印是一種快速成型技術(shù),它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料,通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體。




孫苛說,這項研究的一大難點在于制造用于打印的材料,即“墨水”。3D打印機(jī)的直徑只有30微米,和一根頭發(fā)絲的直徑差不多,這要求“墨水”具有特殊的流變學(xué)性質(zhì)。一個形象的比喻就是要求“墨水”像牙膏一樣能在擠壓中流動,從而從針管中流出,并能在空氣中迅速穩(wěn)定凝固成型。


“墨水”的主要成分必須是可作為電極使用的活性材料。為了打印微電極,他們開發(fā)并測試了幾種特殊的“墨水”,能像電化材料那樣,形成工作陽極和陰極,而且能像牙膏一樣擠出,打印完成后硬化成像薄膜一樣的薄層。他們用一種金屬鋰氧化物納米粒子制造了陽極墨水,用另一種材料制造了陰極墨水,形成一種微小的、陽極和陰極緊密交錯的多層堆疊結(jié)構(gòu),每層厚度比發(fā)絲還細(xì)。之后,把這些電極裝在微小容器中,充入電解液就完成了。


經(jīng)過多次嘗試,研究人員最終通過膠體化學(xué)方法成功將磷酸鐵鋰和鈦酸鋰兩種材料分別做成“墨水”,用作電池的正極和負(fù)極。然后,他們利用3D打印技術(shù)打印出梳子狀的正極和負(fù)極并將它們交錯排列成一層,再層層堆積獲得寬度只有40微米、而高度是寬度11倍的電極。研究人員還對微電池存儲和釋放的電量、充電時間進(jìn)行了檢測?!霸诔浞烹娐?、循環(huán)壽命和電流強(qiáng)度方面,它們的電化性能可以和商用蓄電池媲美。我們只是把它縮小到了更小級別。(新華網(wǎng))

來源:中國3D打印網(wǎng)

   
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