據(jù)外媒報(bào)道，鋰離子電池圈的研究重點(diǎn)集中在電極上。作為導(dǎo)電介質(zhì)中輸入或?qū)С鲭娏鞯慕M件，科學(xué)家們不斷調(diào)整其組成及其出現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)，以追求更好的電池性能。這其中包括卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員，他們提出了一種3D打印格柵電極的新方法，他們認(rèn)為這種方式帶來(lái)了“前所未有的改進(jìn)”。

尋找新的和改進(jìn)的鋰離子電池電極已經(jīng)出現(xiàn)了許多有希望的可能性。這些涉及將硅置于石墨烯“牢籠”內(nèi)，開發(fā)微小的納米線，并開發(fā)出SiliconX等新材料。3D打印也已成為可能的一種途徑，因?yàn)樗捎糜谏a(chǎn)具有多孔結(jié)構(gòu)的電極，為電解質(zhì)滲透供應(yīng)額外的通道，從而出現(xiàn)更好的電池容量。目前，最佳結(jié)構(gòu)被稱為叉指幾何，但正如卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)械工程副教授RahulPanat所說(shuō)的那樣，它有一個(gè)上限。

“叉指幾何形狀確實(shí)是多孔的，確實(shí)允許電解質(zhì)通過(guò)通道，”Panat告訴NewAtlas。“然而，它是一種2D結(jié)構(gòu)，只能通過(guò)擠壓打印擴(kuò)展到3D，并且它的制造方式有限。”Panat和一組機(jī)械工程師開發(fā)了一種新的3D打印方法，克服了這一限制，并允許任何尺寸的微晶格架構(gòu)。它涉及使用正確的表面和慣性力將精確尺寸的微量液滴噴出，使液滴能夠以允許形成復(fù)雜3D結(jié)構(gòu)的方式粘附。

“由于這種方式，印刷的液滴粘附在支柱上而不是從支柱上脫落，”Panat表示。“然后壓板加熱去除溶劑，使得柱子準(zhǔn)備好接收下一個(gè)含有銀納米粒子的液滴。這是一個(gè)非常快速的過(guò)程，一直持續(xù)到形成完整的晶格。人們此前沒(méi)有使用這種機(jī)制來(lái)制造電池。我們開發(fā)了這種機(jī)制，并且正在申請(qǐng)專利。“

當(dāng)用作鋰離子電池中的電極時(shí)，所得的微晶格結(jié)構(gòu)表現(xiàn)良好。該團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了一系列測(cè)試，發(fā)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)電池電極相比，格子電極的比容量新增了四倍(單位質(zhì)量的mAh容量)，面積容量新增了兩倍。它們?cè)?0個(gè)電化學(xué)循環(huán)后保留其復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)。

“我們將尋求嘗試不同的電極材料，并探索通過(guò)多噴嘴系統(tǒng)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，”Panat解釋道。“此外，可以新增加熱速率，以縮短微滴的蒸發(fā)時(shí)間，從而加快工藝流程。我們希望與行業(yè)合作伙伴和投資者合作，為未來(lái)的商業(yè)化供應(yīng)資金。”

該研究發(fā)表在《AdditiveManufacturing》雜志上。