3Dプリント電極がリチウム電池に新たな要素を加える

3Dプリント電極がリチウム電池に新たな要素を加える
Antarctic Bearによれば、リチウム電池界の研究の焦点は電極にある。導電性媒体に電流を流したり、導電性媒体から電流を流したりする部品として、科学者はバッテリーの性能向上を目指して、その組成とそれが生み出す化学反応を絶えず微調整しています。これには、グリッド電極を3Dプリントする新しい方法を考案し、「前例のない改善」をもたらすとしているカーネギーメロン大学の研究者も含まれています。
新しく改良されたリチウム電池電極の探索により、多くの有望な可能性が明らかになりました。これらには、グラフェンの「ケージ」内にシリコンを配置すること、極小のナノワイヤを開発すること、SiliconX などの新しい材料を作成することが含まれます。 3D プリンティングも、多孔質構造の電極を製造して電解質浸透のための追加経路を提供し、バッテリー容量を向上させることができるため、可能性のある手段として浮上しています。現在、最適な構造はインターデジタル幾何学と呼ばれていますが、カーネギーメロン大学の機械工学准教授であるラフル・パナット氏によると、これには上限があるそうです。 「この噛み合った形状は確かに多孔質であり、電解質がチャネルを流れることを可能にします」とパナット氏はニューアトラスに語った。 「しかし、これは押し出し印刷によってのみ 3D に拡張できる 2D 構造であり、製造方法は限られています。」パナット氏と機械エンジニアのチームは、この制限を克服し、あらゆるサイズのマイクロラティス アーキテクチャを可能にする新しい 3D 印刷方法を開発しました。適切な表面と慣性力を使用して正確なサイズの微小な液滴を噴射し、液滴が付着して複雑な 3D 構造を形成できるようにします。
「この方法により、印刷された液滴は柱から落ちずに柱にくっつく」とパナット氏は語った。 「その後、プラテンを加熱して溶媒を除去し、柱に次の銀ナノ粒子の滴を載せる準備を整えます。これは完全な格子が形成されるまで続く非常に迅速なプロセスです。これまで、このメカニズムを使用してバッテリーを製造した人はいませんでした。私たちはこれを開発し、特許を申請中です。」
得られたマイクロ格子構造は、リチウムイオン電池の電極として使用した場合に優れた性能を発揮します。研究チームは研究室で一連のテストを実施し、格子電極は標準的な電池電極に比べて比容量(単位質量あたりのmAh容量)が4倍、面積容量が2倍に増加していることを発見した。 40 回の電気化学サイクル後も複雑な格子構造が保持されます。

「私たちはさまざまな電極材料を試し、マルチノズルシステムによる生産規模の拡大を検討する予定です」とパナット氏は説明した。 「さらに、加熱速度を上げることで液滴の蒸発時間を短縮し、プロセスをスピードアップすることができます。私たちは、業界のパートナーや投資家と協力して、将来の商業化に資金を提供したいと考えています。」

出典: cnBeta.COM

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