中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近日據(jù)《3D科學(xué)谷》報(bào)道，德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)和氣候行動(dòng)部資助的3DPrintBatt——“固態(tài)鈉離子電池可持續(xù)、靈活增材制造技術(shù)”項(xiàng)目將持續(xù)到2025年2月。該項(xiàng)目總預(yù)算為2500萬(wàn)歐元（資金代碼16BZF351C），德國(guó)弗勞恩霍夫Fraunhofer IFAM研究所參與了該項(xiàng)目，其中大約50萬(wàn)歐元將投資于一條用于生產(chǎn)固態(tài)鈉離子電池的新創(chuàng)新3D打印生產(chǎn)線，并將在該研究所設(shè)立。
3D打印電池技術(shù)發(fā)展至今，微米級(jí)3D打印技術(shù)對(duì)電池電極的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了很大影響，這就是能量密度增加的原因。長(zhǎng)期以來(lái)，“多孔”電極可以提高能量密度，而增材制造非常適合該工藝，這意味著電極中的材料可以構(gòu)建成三維點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)。晶格結(jié)構(gòu)可以為材料內(nèi)部的電解質(zhì)有效傳輸提供通道，就鋰離子電池而言，具有多孔結(jié)構(gòu)的電極可以帶來(lái)更高的充電容量，這種結(jié)構(gòu)允許鋰穿透電極體積，導(dǎo)致非常高的電極利用率，從而具有更高的能量存儲(chǔ)容量。在普通電池中，總電極體積的30%～50%未被利用，通過(guò)使用 3D 打印克服了這個(gè)問(wèn)題。此外，通過(guò)創(chuàng)建微晶格電極結(jié)構(gòu)，允許離子通過(guò)整個(gè)電極有效傳輸，這也提高了電池充電率。點(diǎn)陣晶格意味著電極有更多的暴露表面積，從而帶來(lái)更高效的電池。
在“3DPrintBatt”項(xiàng)目中，弗勞恩霍夫Fraunhofer IFAM研究所以及來(lái)自工業(yè)和研究領(lǐng)域的合作伙伴正在將用于電動(dòng)汽車(chē)和其他應(yīng)用的鈉離子電池3D打印轉(zhuǎn)移到試生產(chǎn)，專家們將電池專業(yè)知識(shí)與增材制造技術(shù)相結(jié)合，特別專注于漿料的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。
替代鋰離子電池
根據(jù)弗勞恩霍夫Fraunhofer IFAM研究所，未來(lái)的電池是安全的、可持續(xù)的、靈活的和強(qiáng)大的。這就是為什么德國(guó)正在研究新型固態(tài)電池，因?yàn)檫@類(lèi)電池可以實(shí)現(xiàn)更高的能量密度和更高的安全性，在這種情況下，采用基于鈉的固態(tài)電解質(zhì)的電池代表了現(xiàn)有鋰離子技術(shù)的一種有前途的替代品，因?yàn)樵牧镶c比鋰更環(huán)保、更容易獲得并且更便宜。
該項(xiàng)目的研究重點(diǎn)是固體離子導(dǎo)體的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)以及電池單元的構(gòu)建和表征。除了生產(chǎn)薄層以降低電池內(nèi)阻之外，還必須研究出這種新電池技術(shù)的操作條件。
原型鈉電池的生產(chǎn)將采用可使用多種活性材料的方式設(shè)計(jì)，因此，可以快速且經(jīng)濟(jì)高效地對(duì)電池的設(shè)計(jì)進(jìn)行特定于產(chǎn)品的調(diào)整。弗勞恩霍夫Fraunhofer IFAM研究所發(fā)現(xiàn)3D打印過(guò)程在這方面起著決定性的作用，除了實(shí)現(xiàn)靈活的幾何適應(yīng)之外，還可以優(yōu)化體積。
從電池技術(shù)創(chuàng)新走到電池生產(chǎn)線
未來(lái)的十年,電池工業(yè)將經(jīng)歷一場(chǎng)革命性變革,目前的技術(shù)格局將會(huì)發(fā)生改變。在這場(chǎng)變革中,全固態(tài)電池被視為備受矚目的技術(shù)方向。從技術(shù)角度來(lái)看,全固態(tài)電池是最值得重視的技術(shù)之一。然而,由于各種原因,制造全固態(tài)電池一直存在一定的難度,迄今為止尚未真正投入生產(chǎn)。但是,隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展,它有望改變這種狀況,幫助生產(chǎn)下一代電池。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,無(wú)論是設(shè)備還是材料,已有多家公司從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)車(chē)間,將3D打印電池推向市場(chǎng)。在國(guó)外,像美國(guó)Sakuu Corporation、德國(guó)Blackstone Technology、美國(guó)6K、英國(guó)photocentric等公司已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)軍這個(gè)領(lǐng)域。而在國(guó)內(nèi),也有像高能數(shù)造(西安)技術(shù)有限公司這樣的企業(yè)在積極探索3D打印電池技術(shù)的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
高能數(shù)造以“讓世界更高能”為愿景，通過(guò)3D打印技術(shù)提供數(shù)字化智能制造解決方案，助力研發(fā)制造更安全、更高能、更環(huán)保的電池，助推全球能源互聯(lián)。
通過(guò)高能數(shù)造的SEL增材制造技術(shù)和電池漿料專用3D打印電池?cái)?shù)字制造裝備，能夠低成本且快速的制造復(fù)雜形狀的電池和具有獨(dú)特設(shè)計(jì)3D結(jié)構(gòu)的電池，從而支撐將微孔厚電極、微型電池和全固態(tài)電池的設(shè)計(jì)變成真實(shí)的電池產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)更高性能電池的開(kāi)發(fā)與制造。
高能數(shù)造3D打印工藝制造電池的優(yōu)點(diǎn)
1. 高精度，高設(shè)計(jì)自由度
可制造微型電池、復(fù)雜結(jié)構(gòu)電池如環(huán)形電池、隨形電池等。
2. 能量密度高
連續(xù)微孔厚電極可以減少集流體和隔膜的使用，提高電池能量密度。
3. 高功率密度
3D連續(xù)微通道電極能提供更寬廣的離子擴(kuò)散通道，提升電池功率密度。
4. 低成本、低耗能
減少溶劑，避免分切造成的材料浪費(fèi)，通過(guò)一體化打印來(lái)減少組裝步驟。
5. 多材料、多應(yīng)用
3D打印工藝能適配多種電池材料，可制造多類(lèi)型的新型電池。如柔性電池、固態(tài)鋰金屬電池、可穿戴電池、植入式醫(yī)療電池、燃料電池等。
6. 靈活定制結(jié)構(gòu)電池
允許電池的設(shè)計(jì)適合產(chǎn)品，使電池成為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的一部分。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡(jiǎn)）
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