加州大學(xué)材料科學(xué)家獲得90萬美元，用于開發(fā)3D打印鋰離子電池技術(shù)

南極熊導(dǎo)讀，鋰電池可以被認(rèn)為新能源汽車的心臟，它們直接影響了汽車的重要性能指標(biāo)。目前，人們希望通過3D打印技術(shù)，開發(fā)出新一代的鋰離子電池。它需要具備更低的成本和更高的能量功率密度，以及更加對環(huán)境友好。

△傳統(tǒng)的鋰離子電池，無論是在厚度，重量，結(jié)構(gòu)，安全性，都不足以滿足未來使用需求

2022年8月4日，加州大學(xué)洛杉磯分校Samueli工程學(xué)院的材料科學(xué)家Bruce Dunn，和加州大學(xué)洛杉磯分校日本玻璃板公司主席Morris Wang的帶領(lǐng)下，與勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的同事一起，被選中獲得美國能源部（DOE）一筆90萬美元（約608萬人民幣）的撥款，將利用3D打印技術(shù)的設(shè)計(jì)優(yōu)勢，開發(fā)新一代鋰離子電池。

美國能源部與3D打印技術(shù)
3D打印鋰電池的潛力是巨大的。至少，這是能源部所相信的。正如該部門在過去兩個(gè)月內(nèi)，先后共計(jì)投資240萬美元（約1621萬人民幣）用于該領(lǐng)域的研究資助。

關(guān)于另一筆資金，就在今年6月底，勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室宣布與Ampcera公司合作，能源部提供150萬美元的資金，開發(fā)無溶劑激光粉末床熔融3D打印技術(shù)，用于制造3D結(jié)構(gòu)的鋰電池陰極。

△2021年，Ampcera研發(fā)的全陶瓷致密固態(tài)電解質(zhì)隔膜片（25um厚度，50mmx100mm尺寸，柔韌且無缺陷，室溫離子電導(dǎo)率~1mA/cm）

關(guān)于Ampcera
該公司認(rèn)為3D打印技術(shù)，是一種更環(huán)保的工藝，能夠以高容量加工大型3D陰極結(jié)構(gòu)。盡管L-PBF技術(shù)最初是為金屬零件的 3D 打印而開發(fā)的，但LLNL的科學(xué)家和該項(xiàng)目的首席研究員葉建超，正計(jì)劃使用這種增材制造技術(shù)，將正極粉末混合物熱粘合到鋁基流體上，并生成獨(dú)特的3D結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)更快的充電和更高能量密度的電池。

他表示：“增材工藝允許處理高容量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(dá)到80%的快速充電目標(biāo)。通過消除溶劑，超高速的激光加工技術(shù)，允許大規(guī)模電池制造，具有更高的產(chǎn)量、更低的能耗和成本，并可能提高功率和能量密度。“

△Bruce Dunn和Morris Wang

關(guān)于加州大學(xué)
Dunn，是加州大學(xué)洛杉磯分校的材料科學(xué)和工程教授，同時(shí)也是加州大學(xué)洛杉磯分校材料科學(xué)和工程教授的Wang是聯(lián)合首席調(diào)查員。從本月起擔(dān)任工程學(xué)院的臨時(shí)院長。他將擔(dān)任該項(xiàng)目的主要研究人員，該項(xiàng)目是資助清潔能源技術(shù)5790萬美元（約3.9億人民幣），整體計(jì)劃中的一部分。

該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是通過提高可用功率，加快充電速度，并使其制造成本更低，同時(shí)在此過程中浪費(fèi)更少的材料來改進(jìn)鋰離子電池。3D打印技術(shù)，允許創(chuàng)建一個(gè)更復(fù)雜的內(nèi)部電池結(jié)構(gòu)，可以儲存更多的能量，這是一個(gè)對新的制造工藝至關(guān)重要的發(fā)展。

鋰離子電池具有出色的能量重量比，已經(jīng)廣泛用于當(dāng)今手機(jī)、筆記本電腦、電動汽車和一系列其他消費(fèi)產(chǎn)品。然而，它們所能提供的能量和充電的速度是有限的，目前科學(xué)家們，希望通過3D打印特殊的構(gòu)建能力，來得到實(shí)現(xiàn)質(zhì)的改變。