台湾成功大学3D打印电池电容量可提升3倍

3D打印无所不印,就连电池也能打印!这可不是创意而已,今年7月份,成大功大学材料系教授洪飞义、吕传盛教授团队宣布在实验室里实现了3D打印电池。据悉3D打印电池不仅简化了过程,3D打印出来的电池还具有体积小、效率提升、电容量增加、充放时间短等令人欣喜的优点。

3D打印的电池

众所周知,电动汽车、摩托上的电池体积大又重,工艺繁琐费时,10多年来工艺都没有太多改变,而近年来3D打印迅速崛起,其具有的省时、省耗材、迅速等特性,带给洪飞义、吕传盛教授研发3D打印电池的构想。

据天工社了解,目前电动汽车、摩托电池上关键的电极工艺至少需要4道工序,分别为粉末合成、粉末添加黏结剂并搅拌、粉末涂覆与压延、烘烤,前后费时约24小时。

而3D打印电池,利用飞秒激光来融化合成的粉末,摄氏温度上万度的飞秒激光在融合过程,将粉末添加黏结剂并搅拌、粉末涂覆与压延、烘烤等3道工序一次搞定,原本4道工序简化为2道(粉末合成+直接打印),只需3分钟即可完成;更令研究团队惊喜的是,合成粉末经激光融合,一并生成了有可增加电容量的“介金属层”,传统工艺则需再添加额外物质,以增加电池的电容量。

洪飞义表示,3D打印电池因激光融合生成的“介金属层”,可有效提高电池的电容量,带来充电快、体积小、重量轻等优点。层积是3D打印的特色,3D打印电池一样可以层积,每一次层积,电容量也随之增加,想要有多少电容量都可以自行层积与控制。

3D打印电池,不仅适合定制化,由于打印所需的时间很短,意味着大量打印电池是可能的,摆脱了3D打印不适合大量生产的刻板印象。

成大功大学材料系教授洪飞义(左二)、吕传盛(左一)团队

据悉,洪飞义教授、吕传盛教授团队研发,投入新兴的镁电池研究多年,3D打印电池也选择以镁粉为电池负极材料,利用3D打印堆栈两层镁粉合成粉末,电池电容量可达600mAh/g以上,而采一般工艺的镁电池,电容量为500mAh/g。改以3D打印锂电池,层积两层的电容量为200mAh/g,一般工艺的锂电池其电容量为155 mAh/g。

团队经过多次的实验确认,3D打印电池能够提高电容量,若是采用镁粉3D打印电池,与锂、锰、镍等一般工艺的电池相比,其电容量最高可提高3倍。

不过洪飞义教授也强调,3D打印电池的技术,必需结合粉体工学、冶金凝固学与电化学等专业知知识,非一般实验室可以掌握;成功大学3D打印电池的打印技术,已在台湾提出专利申请,7月份该校材料系研究生洪嘉政的学业论文,也会公开刊载创新的3D打印电池技术与理论。

吕传盛教授指出,搜寻相关的文献与资料,成功大学是第一个将3D打印引入电池工艺的机构,目前他们已与工研院南分院激光与积层制造科技中心黄伟钦博士达成合作共识,期盼3D打印电池能够早日问世。

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