勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗室 (LLNL) 與電池材料專(zhuān)家 Ampcera 合作，使用 3D 打印技術(shù)(shù)開(kāi)發(fā)(fā)下一代鋰電池陰極。該項目得到美國能源部先進(jìn)制造辦公室 150 萬(wàn)美元的支持，研究合作伙伴將利用無(wú)溶劑激光粉末床融合 (LPBF) 工藝。這項工作的目的是創(chuàng )(chuàng)建獨特的 3D 電池結(jié)構(gòu)，能夠更快地充電和更高的能量密度，同時(shí)削減制造成本和降低能耗。

“我贊賞能源部在加州投資數(shù)百萬(wàn)美元用于創(chuàng )(chuàng)新清潔能源項目，”美國參議員亞歷克斯·帕迪拉 (Alex Padilla) 說(shuō)。 “實(shí)現(xiàn)我們的排放目標和應(yīng)對氣候危機需要齊心協(xié)(xié)力開(kāi)發(fā)(fā)新技術(shù)(shù)——包括更好的鋰離子電池。今天的研究將使我們能夠在未來(lái)幾年創(chuàng )(chuàng)造一個(gè)強大的清潔能源經(jīng)(jīng)濟?！?/span>

選擇 3D 打印有望降低成本并提高性能。圖片來(lái)自 LLNL。

對高性能電池的需求

一些行業(yè)(yè)專(zhuān)家如材料供應(yīng)商 6K 的首席執(zhí)行官 Aaron Bent 估計，未來(lái)十年鋰離子電池市場(chǎng)將增長(cháng)十倍。隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)(yè)以及電信備份、數(shù)據(jù)中心和發(fā)(fā)電廠(chǎng)的興起，未來(lái)的鋰離子電池需要以更低的成本提供更高的能量和功率密度。據(jù) LLNL 稱(chēng)，當今廣泛使用的基于漿料澆鑄和涂層的電池制造技術(shù)(shù)正在努力推進(jìn)上述指標。這些方法利用能源密集型工藝，并依賴(lài)危險溶劑作為電極的原材料。

此外，它們基于專(zhuān)門(mén)的生產(chǎn)(chǎn)線(xiàn)，一次只能生產(chǎn)(chǎn)一種類(lèi)型的電池，這意味著(zhù)在電池幾何形狀方面沒(méi)有設(shè)計靈活性。

3D打印方法

由該項目首席研究員葉建超領(lǐng)(lǐng)導(dǎo)的團隊現(xiàn)在正在尋求使用 LPBF 將正極粉末混合物熱熔到鋁集流體上，以創(chuàng )(chuàng)建定制的高性能電池結(jié)構(gòu)。由于其在固態(tài)(tài)電解質(zhì)(zhì)和電極材料方面的專(zhuān)業(yè)(yè)知識，Ampcera 將提供陰極粉末，而 LLNL 將進(jìn)行 3D 打印操作。LLNL 聲稱(chēng)，通過(guò)消除陰極溶劑的使用，它可以實(shí)現(xiàn)大批量電池制造并提高生產(chǎn)(chǎn)率。添加劑方法還有望降低整體能源消耗和成本，并提高能量密度。葉建超補充說(shuō)：“環(huán)(huán)保工藝允許加工厚的高容量 3D 陰極結(jié)構(gòu)，使鋰離子電池能夠在 15 分鐘或更短的時(shí)間內(nèi)達到 80% 的快速充電目標?！閉雇磥?lái)，宰晆估其在該領(lǐng)(lǐng)域的表現(xiàn)之前，兩家組織將繼續(xù)密切合作以開(kāi)發(fā)(fā) 3D 打印電池。

Ampcera 的聯(lián)(lián)合創(chuàng )(chuàng)始人兼首席技術(shù)(shù)官杜輝總結(jié)道：“LLNL 與 Ampcera 的合作將加速用于高性能鋰電池制造的超快速和低成本 L-PBF 增材制造技術(shù)(shù)的開(kāi)發(fā)(fā)和商業(yè)(yè)化。在開(kāi)發(fā)(fā)出 3D 結(jié)構(gòu)正極后，我們希望將該技術(shù)(shù)擴展到負極設(shè)計，并進(jìn)一步探索其在具有更高能量和功率密度的全固態(tài)(tài)鋰金屬電池中的應(yīng)用?！?/span>

勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗室。照片來(lái)自美國能源部。

點(diǎn)評：儲能設(shè)備的 3D 打印在很大程度上是一個(gè)利基領(lǐng)(lǐng)域，但也有公司致力于將該技術(shù)(shù)商業(yè)(yè)化。今年早些時(shí)候，專(zhuān)注于電池技術(shù)(shù)的瑞士投資公司 Blackstone Resources 宣布，預(yù)計最早將于 2025 年開(kāi)始將新的 3D 打印鈉離子電池設(shè)計商業(yè)(yè)化。該公司自己的德國研發(fā)(fā)子公司 Blackstone Technology 將與一個(gè)由學(xué)(xué)術(shù)(shù)和工業(yè)(yè)合作伙伴組成的聯(lián)(lián)盟，將在未來(lái)三年內(nèi)在現(xiàn)實(shí)世界的用例中展示其 3D 打印固態(tài)(tài)電池。

在其他地方，電池 3D 打印專(zhuān)家 Sakuu Corporation 最近在其鋰金屬電池的開(kāi)發(fā)(fā)方面達到了一個(gè)新的里程碑，達到了 800 Wh/L 的基準能量密度。據(jù)該公司稱(chēng)，這一成就是其向 2023 年實(shí)現(xiàn)超過(guò) 1,200 Wh/L 的全 3D 打印固態(tài)(tài)電池路線(xiàn)圖邁出的重要一步。

來(lái)源：https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/guowaikuaidi/42700.html