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未來鋰電池也能3D打印了,應用領域引期待

日期: 2018-10-25
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未來鋰電池也能3D打印了,應用領域引期待

鋰離子電池為應用範圍數一數二廣的儲能技術,大多電動車與3C設備都采用鋰電池來驅動,隻不過目前產品設計都環繞著電池的尺寸、形狀與重量發展,若要開發大型或是更輕便的設備,還是得取決於電池大小。

美國杜克大學對此提出一項解決方案,有望利用3D打印技術來製造任何形狀的電池。

市麵的鋰離子電池都有固定形狀,像是電動車采用的18650就是圓柱形,手機電池多是方形設計。當製造商設計產品時,得先為電池留出空間,這就會限製設計師的想象了。

為了解決問題,不少機構開始將目光瞄準號稱「什麽都可以印」的3D打印技術。照理來說該技術可以打造出任何形狀的物體,電池、結構與電子元件都可以一機搞定,然而3D打印使用的聚合物聚乳酸(PLA)並非離子導體,不具導電性,鋰離子電池的電流技術難以用於打印技術。

因此杜克大學提出一項解決方案,在聚乳酸裏注入乙基碳酸甲酯、碳酸丙烯酯和過氯酸鋰混合物,有望提升離子導電率,且團隊也在陰極、陽極添入石墨烯或多層壁納米碳管,這樣一來電池的導電率也可進一步提高。

雖然這些化學名詞聽起來很複雜,但團隊指出,該技術可用低成本且廣泛使用的3D打印技術達成,利用熔絲製造技術就可以完完整整地將鋰離子電池打印成任何形狀與尺寸。

團隊也用此方法3D打印搭載鋰離子電池的LED手環,其中鋰電池可為手環的綠光LED提供60秒電力。研究員表示,初代3D打印電池的容量數量級還是比商用電池低,沒辦法跨越商業門檻,未來團隊將嚐試采用可印刷的漿料來取代聚乳酸。

杜克大學也不是唯一一個想到運用3D打印製造電池的機構,美國卡內基美隆大學也如火如荼開發3D打印電池技術,並認為他們的電極擁有多孔和通道優勢,可大幅提升鋰離子電池的容量。卡內基美隆大學機械工程副教授RahulPanat表示,多孔結構能讓大量鋰離子穿透電極,有助於提升電極的使用率與電池儲存容量。

目前該團隊正在使用微晶格(microlattice)結構來提升電池容量和充放電速度,並利用美國Optomec的AerosolJet氣溶膠噴射3D噴印技術來打印電池。

除了可印出電阻器、電容、天線、傳感器與薄膜晶體管等零件,還可以輕鬆調整數值,像是可以用印刷參數調整電阻器的歐姆數值,組件也可印刷到3D表麵,不需要再建立獨立基板,有望降低最終產品的尺寸、厚度與重量。

若這些技術順利走出實驗室、跨越商業化門檻,3D電池打印技術將可在消費性電子產品、醫療與航天領域大放異彩,未來若要開發小型、輕便且可撓的穿戴式電子設備,就無須再煩憂電池的大小與形狀。


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