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法国:采用石墨的FDM 3D打印可提供更好的电池
发布:Iron_MAN10   时间:2019/12/31 9:22:04   阅读:131 

在最近发表的“ 通过熔融沉积建模对LiFePO 4 /石墨电池进行3D打印 ”中,法国研究人员探索了改进的制造电池的方法。由于其多功能性,研究人员选择FDM 3D打印,并配有石墨/ PLA灯丝。能源和可持续性已成为当今世界广泛讨论的话题和关注点,并且随着3D打印技术通过各种不同的软件,硬件和材料持续发展,在储能和节能等领域的创新也在不断发展,这包括形状的定制,包括:电极、分离器、固体高分子电解质、集电器

如今,电池和电子产品可以直接集成到3D打印产品中,这是“在减小体积和重量的同时最大化能量存储的需求”的直接结果。以前的研究人员已经使用商用石墨烯基聚乳酸丝作为材料,成功地进行了3D打印设备; 但是,材料的负载始终很低,足以显着影响电化学性能。文献报道了为FDM工艺准备的灯丝特性摘要。氦比重瓶材料密度用于重量-体积转换。
 

对于这项研究,研究人员已经意识到,添加增塑剂可以克服材料的局限性:

“的确,我们报道了一种高负载的3D可打印石墨/ PLA灯丝,该灯丝被专门设计用作锂离子电池的负极并用于传统的FDM 3D打印机。灯丝内的活性物质含量(石墨)应尽可能高地增加(整个复合材料中石墨的含量为49.2 wt%,因此相当于每cm 3 773 mg活性物质),以改善电化学性能,同时保留足够的机械强度特别是由于添加了聚乙二醇二甲醚,平均Mn?500起到了增塑剂的作用。”研究人员说。

“因此,通过FDM获得的负极圆盘具有前所未有的可逆容量:在18.6的电流密度下 ,活性物质为200 mAh g -1( 总复合材料为99 mAh g -1或至154.6 mAh cm -3) 6次循环后的mA g -1(C / 20)和电流密度为37.3 mA g -1  (C  时为140 mAh g -1的活性材料( 总复合材料为69 mAh g -1或108.2 mAh cm -3)/ 10)。”

研究人员进一步开展了工作,但他们围绕优化LFP-PLA和PLA-SiO 2复合材料3D打印丝进行了研究,他们探索了炭黑作为正极导电添加剂和陶瓷添加剂的应用。分隔器。借助3D打印提供的灵活性,可以创建更复杂的几何形状,并更好地优化材料,并且更容易组装,因为可以一次创建所有零件。

研究人员说:“意识到3D打印机标称分辨率带来的局限性,这项工作在这里用作概念证明。”
 
 
(a)配制??过程:(1)将所有组分混合到溶剂中后,通过刮刀刮涂法将淤浆铺展在玻璃载体上,最后得到薄膜;(2)将复合膜均质片引入挤出机中。获得并卷绕了典型的直径为1.75 mm的3D打印丝。(3)将细丝引入到商用FDM 3D打印机中;DSC曲线:(b)具有不同量的导电添加剂(CSP)的纯PLA,PLA / LFP wt%40/60和PLA / LFP / PEGDME500;(c)比较10%CSP样品的胶片,长丝和3D打印的光盘。

使用增塑剂聚(乙二醇)二甲醚平均Mn?500(PEGDME500),在80°C'左右有一个小的放热结晶峰(Tc)。温差是恒定的,并且据研究人员称,增塑的PLA / LFP薄膜的Tm低于未增塑剂的Tm,从142°C降至约132°C。为了鼓励电导率,研究团队创建了具有不同CSP范围的样品。当该含量增加时,吸热峰不变。但是,放热结晶峰(Tc)并非如此,该峰已更改为较低的温度,对于20%CSP样品,达到74°C。科学家指出,这种行为可能归因于PLA基质中的CSP。

“这项研究通过合并电池和3D打印技术,解决了许多电化学(厚度,电子和离子电导率,电解质吸收)和3D打印参数(填充密度,填充图案,周长,过度挤出和欠挤出,回缩),研究人员总结说:“这为性能更好的3D打印锂离子电池开辟了道路。”

“最后,由于这项工作在这里用作概念验证,因此作者深知,目前,电极和隔板图案是2D的,因此可以使用非3D打印技术来实现。但是,未来的工作将集中在复杂的3D电池架构上,这需要对系统进行重大调整并进行彻底的设计优化。即将进行的研究也可能致力于机械地改善FDM 3D打印机的分辨率,并通过使用多喷嘴配置简化一次打印一次完整电池的乏味步骤。”

研究人员一直在寻找更好的3D打印电池方法,从定制定制的灯丝到3D冷冻打印,可穿戴设备的创新等等。您如何看待这个新闻?让我们知道您的想法!在3DPrintBoard.com上加入有关此主题和其他3D打印主题的讨论。
 
 
(a)含有CSP作为导电添加剂的样品的电导率的阿伦尼乌斯图;(b)胶片和3D打印的10%CSP光盘样品在不同C速率下的容量保留图。(c)3D打印的10%CSP光盘样品的充电/放电容量曲线。注意,对于那些实验,使用了商用的玻璃纤维隔板。(d)对于含不同SiO2含量的样品,在1M LiPF6的EC:DEC 1:1体积%电解液中1 h和10 h后的电导率。

 
(a)可以使用经典的3D打印切片机软件获得的不同隔板填充图案(填充密度为40%);(b)相同填充图案的各种填充密度(希尔伯特曲线);浸渍1 h后的完整电池组在4.25 mA.g-1(C / 40)时的容量保持曲线:(c)使用100%填充密度的隔板和(d)使用70%填充密度的阿基米德和弦模式。在这里,请注意每层的厚度为200 μm。
 
来源:南极熊
 
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