リチウム電池の次世代を印刷する3D

概要:3D印刷がリチウム イオン電池のための多孔性の電極を製造するのに使用することができます--しかし製造工程の性質のために、これらの3Dによって印刷される電極の設計はちょうど少数の可能な建築に限られます。今まで、付加的な製造業によって最もよい多孔性の電極を作り出した内部幾何学は知られているものがinterdigitated幾何学としてでした--金属の熊手は双方の間で往復していてリチウムが2つの握りしめられた手の指のように、かみ合いました。

リチウム イオン電池容量は、マイクロスケールで、電極が気孔およびチャネルを備えていれば非常に改善することができます。リチウムが満たし、排出の間に電池を通って効率的に運ぶようにするけれども、interdigitated幾何学は最適ではないです。

カーネギーメロン大学の機械工学のRahul Panat、助教授、およびミズーリ工科大学と共同するカーネギー・メロンからの研究者のチームは管理された気孔率と3D microlatticeの構造を作成する3D印刷電池の電極の革命的な新しい方法を開発しました。3D印刷はジャーナル付加的な製造業で出版されるペーパーでこのmicrolatticeの構造、研究者示しましたり非常にリチウム イオン電池のための容量および充満排出率を改善します。

「リチウム イオン電池の場合にはより高く容量を満たすために、多孔性の建築の電極は導くことができます」Panatを言います。「これはそのような建築がリチウムが非常に高い電極の利用をもたらす電極の容積を通って突き通るようにするそれにより高エネルギーの収蔵可能量のであり。正常な電池では、総電極の容積の30-50%は利用されていないです。私達の方法は私達がまたバッテリーの充電率を」。高める、全体の電極を通してリチウムの有効な輸送を可能にするmicrolatticeの電極の建築を作成する3D印刷の使用によってこの問題を克服します

Panatのペーパーで示される付加的な製造方法は幾何学的に電気化学のエネルギー蓄積のための3D構成を最大限に活用することの方に3D電池の建築のための複雑な幾何学の印刷の大きな進展、また重要なステップを表します。研究者はこの技術が約2-3年以内に産業適用に翻訳して準備ができていることを推定します。

固体ブロック（Ag）の電極と比較された場合特定の容量の4倍増加および面積容量の二重の増加のような複数の方法で電池の性能を改善するためにリチウム イオン電池の電極が示されていたと同時に使用されるmicrolatticeの構造（Ag）。なお、電極は機械強さを示す40の電気化学周期の後で複雑な3D格子構造を保ちました。電池は非常に減らされた重量こうして同じ重量のための高容量がまたは互い違いに、同じ容量のあることができます--交通機関の塗布のための重要な属性はであるかどれ。

カーネギー・メロン研究者はエーロゾルのジェット機の3D印刷システムの既存の機能にてこ入れしている間多孔性のmicrolatticeの建築を作成するために彼らの自身の3D印刷方法を開発しました。エーロゾルのジェット機システムはまた研究者がカーネギーメロン大学の今年初めに設計の大学で配置されたマイクロスケールで平面センサーおよび他の電子工学を印刷することを可能にします。

今まで、3D印刷された電池の努力は材料のワイヤーがノズルから突き出る連続的な構造を作成する放出ベースの印刷に、限られました。Interdigitatedの構造はこの方法を使用して可能でした。Panatの実験室で開発されて方法が研究者は三次元構造に急速に個々のしぶきを順次に組み立てることによって3D印刷物にできます電池の電極。生じる構造に典型的な放出方法を使用して製造すること不可能な複雑な幾何学があります。

「これらのしぶきが互いから分かれているので、私達はこれらの新しく複雑な幾何学を作成してもいいです」Panatを言います。「これが材料の単一の流れ、放出の印刷の場合にはあるように、私達がそれらを作れなかった。これは新しい事です。私はこれらの種類の複雑な構造を作成するのに誰でもが今まで3D印刷を」。使用したことを信じません

この革命的な方法は家電、医療機器の企業、また宇宙航空適用のために非常に重要です。この研究は小型化された電池が要求される生物医学的な電子デバイスによってよく統合します。非生物的電子マイクロ装置はまたこの仕事から寄与します。そしてより大きいスケールで、電子デバイス、小さい無人機および宇宙航空適用自身はこの方法を使用して印刷される電池の低い重量そして高容量が原因でこの技術を同様に使用できます。

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