3D baskılı elektrotlar lityum pillere yepyeni bir boyut katıyor

Anonim

3D baskılı elektrotlar lityum pillere yepyeni bir boyut katıyor

Elektronik

Nick Lavars

1 Ağustos 2018

5 fotoğraf

Carnegie Mellon University'de geliştirilen yeni teknoloji, lityum piller için büyük şeyler anlamına gelebilir (Kredi: Erchog / Ör)

Lityum pil dairelerinde yapılan araştırmaların çoğu, elektrotları merkezler. Elektrik akımlarının akünün içine ve dışına aktığı bileşenler olarak, bilim insanları sürekli olarak daha iyi performans gösteren piller için ürettikleri kimyasal reaksiyonları ve makyajlarını değiştiriyorlar. Bunların arasında Carnegie Mellon Üniversitesi'nde araştırmacılar, yeni bir 3D baskı kafesli elektrot ile ortaya çıkmışlardır ve "görülmemiş bir gelişme" ile sonuçlandığını söylemektedirler.

Yeni ve geliştirilmiş lityum pil elektrotlarının aranması birçok umut verici olasılık ortaya koydu. Bunlar, silikonun grafen kafeslere yerleştirilmesini, küçük nanotellerin geliştirilmesini ve SiliconX gibi tamamen yeni malzemelerle gelmeyi içeriyordu.

3D baskı da, elektrolitin sızması için ekstra kanallar sunan gözenekli bir yapıya sahip elektrotlar üretmek için kullanılabileceğinden, daha iyi bir yük kapasitesi üreterek, olası bir yol olarak ortaya çıkmıştır. Şu anda bunun için en uygun mimari, interdigitated geometri olarak bilinir, ancak Carnegie Mellon Makine Mühendisliği Bölümü'nden Doçent Rahul Panat'ın açıkladığı gibi, bir tavanı vardır.

"Gizlenmiş geometri gerçekten gözenekli ve elektrolitin kanallardan geçmesine izin veriyor, " diye anlatıyor Yeni Atlas. "Ancak, ekstrüzyon baskı ile üçüncü boyuta uzatılmış bir 2D yapı ve nasıl 'uzun ' yapılabileceği konusunda sınırlamalar var. "

Panat ve bir takım makine mühendisleri ekibi, bu sınırlamanın üstesinden gelen ve yukarıda görüldüğü gibi, herhangi bir boyuttaki microlattice mimarilerine izin veren yeni bir 3D baskı yöntemi geliştirdi. Mikroskale damlacıklarını, doğru yüzey ve atalet kuvvetleriyle tam olarak doğru büyüklükte keserek, damlacıkların kompleks 3D yapıların oluşmasına izin verecek şekilde yapışmasını sağlar.

Panat, "Bu ölçeklemenin bir sonucu olarak, baskılı damlacık düşmekten ziyade direğe yapışır", diye anlatıyor Panat. "Levha ısısı daha sonra çözücüyü, gümüş nanopartikülleri içeren bir sonraki damlacıkyı almaya hazır olacak şekilde çözücüyü çıkarır. Bu çok hızlı bir işlemdir ve tam bir kafes oluşana kadar devam eder. İnsanlar bu tip bir mekanizma yaratmak için kullanılmamıştır. Akü elektrotları Bu mekanizmayı geliştirdik ve bunun için bekleyen bir patent var. "

Ortaya çıkan mikroyapı yapıları, lityum-iyon pillerde bir elektrot olarak kullanıldığında iyi performans gösterdi. Ekip laboratuarda bir dizi test gerçekleştirdi ve standart blok akü elektrotlarına kıyasla kafesli elektrotların özel kapasitede dört kat artış (birim kütle başına mAh kapasitesi) ve alan kapasitesinde iki kat artış (kapasite mAh başına) buldu birim alan). Ayrıca 40 elektrokimyasal döngüden sonra yapılarını korudular.

Bu özellikler, elektrotların aynı ağırlıkta veya aynı kapasitede çok daha yüksek bir kapasiteye sahip olduğu için çok daha düşük ağırlıkta ayarlanabileceği anlamına gelir. Bu esneklik, bu tür pilleri bir kullanım avantajı sağlayabilir. Örneğin, elektrikli araçlar aynı ağırlıkta olacak ve daha fazla hareket edecek şekilde üretilebilir veya aynı mesafeyi kat edebilir ancak daha az ağırlığa sahip olabilir. Aynı prensip akıllı telefonlara, dizüstü bilgisayarlara ve tabletlere uygulanabilir.

Patent beklemede olan ekip, şimdi tekniğini piyasaya getirmek amacıyla tekniğini ince ayar ve ölçeklendirmek için çalışıyor.

Panat, "Farklı elektrot malzemeleriyle denemeler yapmak ve çok nozullu sistem ile üretimin ölçeklendirilmesini araştırmak istiyoruz" diye açıklıyor. "Ayrıca, ısıtma hızı mikro damlatıcıların işlem hızlandırmak için buharlaşma süresini azaltmak için artırılabilir. Biz sanayi ortakları ve yatırımcılar gelecekteki ticarileştirmek için sonraki adımları finanse etmek için ilgileniyoruz."

Araştırma, Katkı Üretimi dergisinde yayınlandı .

Kaynak: Carnegie Mellon Üniversitesi

Kafes mimarisi, katı bir küp versiyonuyla karşılaştırıldığında elektrolitin akülü elektrotta etkili bir şekilde taşınması için ekstra kanallar sağlar (Kredi: Rahul Panat ve Mohammad Sadeq Saleh)

Kafes mimarisi, katı bir küp versiyonuyla karşılaştırıldığında elektrolitin akülü elektrotta etkili bir şekilde taşınması için ekstra kanallar sağlar (Kredi: Rahul Panat ve Mohammad Sadeq Saleh)

Bir tavanı olan "interdigitated geometri" biçiminde bir 3D baskılı elektrot (Kredi: Rahul Panat ve Mohammad Sadeq Saleh)

3D baskılı microlattice elektrot her boyutta üretilebilir (Kredi: Rahul Panat ve Mohammad Sadeq Saleh)

Carnegie Mellon University'de geliştirilen yeni teknoloji, lityum piller için büyük şeyler anlamına gelebilir (Kredi: Erchog / Ör)