3D打印将帮助锂电池实现各种形状和尺寸

国际金属加工网 2018年10月19日

随着可穿戴设备和智能手机的轻薄化,产品面临的挑战之一就是电池所占空间。譬如 Apple Watch 等智能手表,电池是限制其尺寸与厚度的主要原因。而今后无论是手机、手表、笔记本甚至电动汽车、自行车都是锂电池供电,所以制造商往往要在电池尺寸和设备外形上做出相互协调,让产品内部尽可能地放置更大的锂电池,提供更高的续航能力。

可能很多小伙伴还记得 iPhone XS 发售后的外站拆解,拆出来的 XS 电池是一块独立一体的 L 形,这也是苹果第一次在 iPhone 锂电池上采用一体化的异形设计,此前 iPhone X 的电池也是 L 形,只不过这个 L 形是由两块电池组成的。

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这给了我们灵感,如果锂电池能够配合产品形状凹成不同形状,是不是意味着它能够利用更多空间呢?当然,科学家们也早就想到了这个问题,3D 打印在锂电池上的运用已经开始研究,2018 年 8 月份,卡内基梅隆大学的研究人员提出了一种 3D 打印格栅电极的新方法,让 3D 打印锂电池成为可能。

最近,又有研究人员凭借新的 3D 打印技术实现不同形状的锂电池制造。根据报道,科学团队在《ACS Applied Energy Materials》上展示了他们的研究成果。从理论上来说,3D 打印技术可以制造几乎任何形状,包括电池、框架和电子元件在内的完整设备。不过目前 3D 打印所使用的聚合物(例如PLA)并非离子导体,这是打印电池的主要障碍。

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研究员 Christopher Reyes,Benjamin Wiley 及其同事开发出了能够使用廉价 3D 打印机完整打印锂离子电池的工艺。研究人员通过注入电解质溶液来增加 PLA 的离子电导率,此外在电池的阳极和阴极中参入石墨烯和多壁碳纳米管来增加电池的电导率。

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为了展示 3D 打印电池的未来潜力,该团队使用该技术打印出了集成锂离子电池的 LED 手环,也就是说,这项技术成熟的话,未来可以生产出放置在环装表带、腕带内的锂电池,从而大大节省设备本身的空间。不过虽然能够成功导电,但目前这项研究还很初级,3D 打印的电池仅持续了 60 秒供电时间,距离商用电池差距还很远,但是团队表示已经找到了多种方案来增加容量,例如使用电导率更高的材料替代 PLA 等等。


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