Блог компании Софт Инжиниринг Групп

Последние новости

Новый метод 3D-печати дает импульс литий-ионным батареям

SEM-изображения трехмерных печатных электродов для литий-ионных батарей, используемых для электрохимического циклирования в исследовании исследователей. Изображение, взятое с вершины микрорешетных электродов высотой около 250 мм (Кредит: Рахул Панат и Мохаммад Садек Салех)

Инженеры в США разработали метод 3D-печати, который может привести к значительному увеличению емкости и скорости разряда заряда для литий-ионных батарей.

 

Литий-ионный аккумулятор может быть значительно улучшен, если их электроды содержат микромасштабные поры и каналы. На сегодняшний день внутренняя геометрия, которая создавала лучшие пористые электроды с добавкой, была переплетена, что позволяет литию эффективно транспортировать батарею во время зарядки и разрядки, но не является оптимальным.

Теперь Рахул Панат, адъюнкт-профессор машиностроения в Университете Карнеги-Меллона, и команда исследователей из Карнеги-Меллона в сотрудничестве с Университетом науки и техники Миссури разработали новый метод электродов для 3D-печати, который создает трехмерную структуру микрорешетки с контролируемой пористости. Их результаты опубликованы в Additive Manufacturing.

«В случае литий-ионных батарей электроды с пористой архитектурой могут привести к увеличению емкости заряда», - сказал Панат. «Это связано с тем, что такие архитектуры позволяют литию проникать через объем электрода, что приводит к очень высокому использованию электрода и, следовательно, к более высокой емкости хранения энергии. В обычных батареях 30-50 процентов от общего объема электрода не используется. Наш метод преодолевает эту проблему, используя 3D-печать, где мы создаем архитектуру электрода с микрорешеткой, которая позволяет эффективно переносить литий по всему электроду, что также увеличивает скорость зарядки аккумулятора».

Архитектура решетки может обеспечивать каналы для эффективной транспортировки электролита внутри объема материала, тогда как для кубического электрода большая часть материала не будет подвергаться воздействию электролита. В поперечном разрезе показана серебряная сетка, позволяющая переносить заряд (ионы Li +) на токоприемник и как большая часть печатного материала была использована (кредит: Рахул Панат, Инженерный колледж CMU)

Было показано, что структура микрорешетки (Ag), используемая в качестве электродов из литиево-ионных батарей, обеспечивает четырехкратное увеличение удельной емкости и двукратное увеличение площади поверхности по сравнению с твердотельным блоком (Ag). Согласно CMU, электроды также сохраняли свои сложные трехмерные решетчатые структуры после 40 электрохимических циклов, демонстрируя их механическую прочность.

Исследователи Carnegie Mellon разработали свой собственный метод 3D-печати для создания пористых микроструктурированных архитектур, одновременно используя существующие возможности 3D-системы Aerosol Jet 3D.

До сих пор трехмерные работы с аккумуляторными батареями были ограничены печатью на основе экструзии, где проволока материала экструдировалась из сопла, создавая непрерывные структуры. Используя этот метод, возможно использование междигитированных структур. Благодаря методу, разработанному в лаборатории Паната, исследователи могут 3D-печать аккумуляторных электродов путем быстрой сборки отдельных капель по одному в трехмерные структуры. Полученные структуры имеют сложную геометрию, которую невозможно изготовить с использованием типичных методов экструзии.

«Поскольку эти капли отделены друг от друга, мы можем создать эти новые сложные геометрии», - сказал Панат. «Если бы это был единственный поток материала, как в случае экструзионной печати, мы бы не смогли их сделать. Это новая вещь. Я не верю, что никто до сих пор не использовал 3D-печать для создания таких сложных структур».

По оценкам исследователей, технология с использованием этого нового метода 3D-печати будет готова к промышленному применению примерно через два-три года.

Источник: 3dprint.soften.com.ua

Оцените эту запись блога:
Лучший графический планшет WACOM для начинающих
Выпущено мобильное приложение Vero Software