Yeni nesil Lityum piller 3D baskı

Lityum-iyon pil kapasitesi, mikro ölçekte, elektrotlarının gözeneklere ve kanallara sahip olması durumunda büyük ölçüde geliştirilebilir. İntersite edilmiş bir geometri, şarj ve deşarj sırasında lityumun bataryayı verimli bir şekilde taşımasına izin vermesine rağmen, optimal değildir.

Carnegie Mellon Üniversitesi'nde makine mühendisliği doçenti olan Rahul Panat ve Missouri Bilim ve Teknoloji Üniversitesi işbirliğiyle Carnegie Mellon'dan bir araştırmacı ekibi, 3 boyutlu bir 3D-D baskı pil elektrotları geliştirdi. kontrollü gözeneklilikli mikroyapı yapısı. Bu microlattice yapıyı 3-D baskı yapan araştırmacılar, Additive Manufacturing dergisinde yayınlanan bir makalede, lityum iyon piller için kapasite ve şarj-deşarj oranlarını büyük ölçüde geliştirmektedir.

Panat, "Lityum iyon piller söz konusu olduğunda, gözenekli mimarilere sahip elektrotlar daha yüksek şarj kapasitelerine yol açabilir" diyor. "Bunun nedeni, bu tür yapıların lityumun çok yüksek elektrot kullanımına ve dolayısıyla daha yüksek enerji depolama kapasitesine yol açan elektrot hacmine nüfuz etmesine izin vermesidir. Normal bataryalarda, toplam elektrot hacminin% 30-50'si kullanılamaz. Bizim yöntemimiz bu sorunun üstesinden gelir. lityumun tüm elektrot boyunca verimli bir şekilde taşınmasını sağlayan bir microlattice elektrot mimarisi oluşturduğumuz 3D baskıyı kullanarak, pil şarj oranlarını da arttırır. "

Panat'ın kağıdında sunulan ilave üretim yöntemi, 3 boyutlu pil mimarileri için karmaşık geometrilerin basımında büyük bir ilerlemenin yanı sıra, elektrokimyasal enerji depolama için 3 boyutlu konfigürasyonların geometrik olarak optimize edilmesine yönelik önemli bir adımdır. Araştırmacılar bu teknolojinin yaklaşık 2-3 yıl içinde endüstriyel uygulamalara dönüştürülmeye hazır olacağını tahmin ediyorlar.

Lityum-iyon pillerin elektrotları olarak kullanılan mikro-yapılı yapının (Ag), belirli bir kapasitede dört kat artış ve düz blok (Ag) elektroduna kıyasla alansal kapasitede iki kat artış gibi çeşitli yollarla pil performansını iyileştirdiği gösterilmiştir. Ayrıca, elektrotlar, mekanik sağlamlıklarını gösteren kırk elektrokimyasal döngülerden sonra kompleks 3D kafes yapılarını korudular. Bu nedenle, piller aynı ağırlık için veya alternatif olarak aynı kapasitede, büyük ölçüde azaltılmış bir ağırlık için yüksek kapasiteye sahip olabilir - ki bu da nakliye uygulamaları için önemli bir özelliktir.

Carnegie Mellon araştırmacıları, bir Aerosol Jet 3-D baskı sisteminin mevcut özelliklerinden yararlanırken gözenekli microlattice mimarilerini oluşturmak için kendi 3-D baskı yöntemini geliştirdiler. Aerosol Jet sistemi aynı zamanda araştırmacıların bu yılın başlarında Carnegie Mellon Üniversitesi Mühendislik Fakültesine yerleştirilen düzlemsel sensörlerin ve diğer elektronik cihazların bir mikro ölçekte basılmasına da olanak sağlıyor.

Şimdiye kadar, 3-D baskılı batarya çalışmaları ekstrüzyon tabanlı baskı ile sınırlıydı, burada bir malzeme teli bir nozuldan ekstrüde edildi ve sürekli yapılar yaratıldı. Bu yöntem kullanılarak interdijine yapılar mümkün olmuştur. Panat'ın laboratuvarında geliştirilen yöntemle araştırmacılar, tek tek damlacıkların birer birer üç boyutlu yapılara hızla birleştirilmesiyle 3-D pil elektrotlarını basabiliyorlar. Ortaya çıkan yapılar, tipik ekstrüzyon metotları kullanılarak imal edilmeleri imkansız olan karmaşık geometrilere sahiptir.

Panat, “Bu damlacıklar birbirinden ayrıldıklarından, bu yeni karmaşık geometrileri oluşturabiliriz” diyor. "Eğer bu ekstrüzyon baskısında olduğu gibi tek bir malzeme akışı olsaydı, bunları yapamazdık. Bu yeni bir şey. Şimdiye kadar hiç kimsenin 3 boyutlu baskı kullanmamış olduğuna inanmıyorum. Bu tür karmaşık yapıları yaratmak. "

Bu devrimci yöntem, tüketici elektroniği, medikal cihazlar endüstrisi ve havacılık uygulamaları için çok önemli olacak. Bu araştırma, minyatür pillerin gerekli olduğu biyomedikal elektronik cihazlarla iyi entegre olacaktır. Biyolojik olmayan elektronik mikro cihazlar da bu çalışmadan faydalanacak. Ve daha büyük ölçekte, elektronik cihazlar, küçük uçaklar ve havacılık uygulamaları bu teknolojiyi de kullanabiliyor, çünkü bu yöntem kullanılarak basılan pillerin düşük ağırlığı ve yüksek kapasitesi.

TAC PİLİ Silindirik polimer lityum ve lifepo4 pil hücresi ve paketi dahil olmak üzere çeşitli lityum iyon pil desteği