法國(guó)：采用石墨的FDM 3D打印可提供更好的電池
時(shí)間：2019-12-27 13:30 來(lái)源：南極熊 作者：中國(guó)3D打印網(wǎng) 閱讀：次
在最近發(fā)表的“ 通過(guò)熔融沉積建模對(duì)LiFePO 4 /石墨電池進(jìn)行3D打印 ”中，法國(guó)研究人員探索了改進(jìn)的制造電池的方法。由于其多功能性，研究人員選擇FDM 3D打印，并配有石墨/ PLA燈絲。能源和可持續(xù)性已成為當(dāng)今世界廣泛討論的話題和關(guān)注點(diǎn)，并且隨著3D打印技術(shù)通過(guò)各種不同的軟件，硬件和材料持續(xù)發(fā)展，在儲(chǔ)能和節(jié)能等領(lǐng)域的創(chuàng)新也在不斷發(fā)展，這包括形狀的定制，包括：
對(duì)于這項(xiàng)研究，研究人員已經(jīng)意識(shí)到，添加增塑劑可以克服材料的局限性：
“的確，我們報(bào)道了一種高負(fù)載的3D可打印石墨/ PLA燈絲，該燈絲被專門設(shè)計(jì)用作鋰離子電池的負(fù)極并用于傳統(tǒng)的FDM 3D打印機(jī)。燈絲內(nèi)的活性物質(zhì)含量（石墨）應(yīng)盡可能高地增加（整個(gè)復(fù)合材料中石墨的含量為49.2 wt％，因此相當(dāng)于每cm 3 773 mg活性物質(zhì)），以改善電化學(xué)性能，同時(shí)保留足夠的機(jī)械強(qiáng)度特別是由于添加了聚乙二醇二甲醚，平均Mn〜500起到了增塑劑的作用。”研究人員說(shuō)。
“因此，通過(guò)FDM獲得的負(fù)極圓盤(pán)具有前所未有的可逆容量：在18.6的電流密度下 ，活性物質(zhì)為200 mAh g -1（ 總復(fù)合材料為99 mAh g -1或至154.6 mAh cm -3） 6次循環(huán)后的mA g -1（C / 20）和電流密度為37.3 mA g -1 （C 時(shí)為140 mAh g -1的活性材料（ 總復(fù)合材料為69 mAh g -1或108.2 mAh cm -3）/ 10）。”
研究人員進(jìn)一步開(kāi)展了工作，但他們圍繞優(yōu)化LFP-PLA和PLA-SiO 2復(fù)合材料3D打印絲進(jìn)行了研究，他們探索了炭黑作為正極導(dǎo)電添加劑和陶瓷添加劑的應(yīng)用。分隔器。借助3D打印提供的靈活性，可以創(chuàng)建更復(fù)雜的幾何形狀，并更好地優(yōu)化材料，并且更容易組裝，因?yàn)榭梢砸淮蝿?chuàng)建所有零件。
研究人員說(shuō)：“意識(shí)到3D打印機(jī)標(biāo)稱分辨率帶來(lái)的局限性，這項(xiàng)工作在這里用作概念證明。”
（a）配制過(guò)程：（1）將所有組分混合到溶劑中后，通過(guò)刮刀刮涂法將淤漿鋪展在玻璃載體上，最后得到薄膜；（2）將復(fù)合膜均質(zhì)片引入擠出機(jī)中。獲得并卷繞了典型的直徑為1.75 mm的3D打印絲。（3）將細(xì)絲引入到商用FDM 3D打印機(jī)中；DSC曲線：（b）具有不同量的導(dǎo)電添加劑（CSP）的純PLA，PLA / LFP wt％40/60和PLA / LFP / PEGDME500；（c）比較10％CSP樣品的膠片，長(zhǎng)絲和3D打印的光盤(pán)。
使用增塑劑聚（乙二醇）二甲醚平均Mn〜500（PEGDME500），在80°C'左右有一個(gè)小的放熱結(jié)晶峰（Tc）。溫差是恒定的，并且據(jù)研究人員稱，增塑的PLA / LFP薄膜的Tm低于未增塑劑的Tm，從142°C降至約132°C。為了鼓勵(lì)電導(dǎo)率，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了具有不同CSP范圍的樣品。當(dāng)該含量增加時(shí)，吸熱峰不變。但是，放熱結(jié)晶峰（Tc）并非如此，該峰已更改為較低的溫度，對(duì)于20％CSP樣品，達(dá)到74°C。科學(xué)家指出，這種行為可能歸因于PLA基質(zhì)中的CSP。
“這項(xiàng)研究通過(guò)合并電池和3D打印技術(shù)，解決了許多電化學(xué)（厚度，電子和離子電導(dǎo)率，電解質(zhì)吸收）和3D打印參數(shù)（填充密度，填充圖案，周長(zhǎng)，過(guò)度擠出和欠擠出，回縮），研究人員總結(jié)說(shuō)：“這為性能更好的3D打印鋰離子電池開(kāi)辟了道路。”
“最后，由于這項(xiàng)工作在這里用作概念驗(yàn)證，因此作者深知，目前，電極和隔板圖案是2D的，因此可以使用非3D打印技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，未來(lái)的工作將集中在復(fù)雜的3D電池架構(gòu)上，這需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重大調(diào)整并進(jìn)行徹底的設(shè)計(jì)優(yōu)化。即將進(jìn)行的研究也可能致力于機(jī)械地改善FDM 3D打印機(jī)的分辨率，并通過(guò)使用多噴嘴配置簡(jiǎn)化一次打印一次完整電池的乏味步驟。”
研究人員一直在尋找更好的3D打印電池方法，從定制定制的燈絲到3D冷凍打印，可穿戴設(shè)備的創(chuàng)新等等。
（a）含有CSP作為導(dǎo)電添加劑的樣品的電導(dǎo)率的阿倫尼烏斯圖；（b）膠片和3D打印的10％CSP光盤(pán)樣品在不同C速率下的容量保留圖。（c）3D打印的10％CSP光盤(pán)樣品的充電/放電容量曲線。注意，對(duì)于那些實(shí)驗(yàn)，使用了商用的玻璃纖維隔板。（d）對(duì)于含不同SiO2含量的樣品，在1M LiPF6的EC：DEC 1：1體積％電解液中1 h和10 h后的電導(dǎo)率。
（a）可以使用經(jīng)典的3D打印切片機(jī)軟件獲得的不同隔板填充圖案（填充密度為40％）；（b）相同填充圖案的各種填充密度（希爾伯特曲線）；浸漬1 h后的完整電池組在4.25 mA.g-1（C / 40）時(shí)的容量保持曲線：（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。在這里，請(qǐng)注意每層的厚度為200 μm。
- 電極
- 分離器
- 固體高分子電解質(zhì)
-
集電器
“的確，我們報(bào)道了一種高負(fù)載的3D可打印石墨/ PLA燈絲，該燈絲被專門設(shè)計(jì)用作鋰離子電池的負(fù)極并用于傳統(tǒng)的FDM 3D打印機(jī)。燈絲內(nèi)的活性物質(zhì)含量（石墨）應(yīng)盡可能高地增加（整個(gè)復(fù)合材料中石墨的含量為49.2 wt％，因此相當(dāng)于每cm 3 773 mg活性物質(zhì)），以改善電化學(xué)性能，同時(shí)保留足夠的機(jī)械強(qiáng)度特別是由于添加了聚乙二醇二甲醚，平均Mn〜500起到了增塑劑的作用。”研究人員說(shuō)。
“因此，通過(guò)FDM獲得的負(fù)極圓盤(pán)具有前所未有的可逆容量：在18.6的電流密度下 ，活性物質(zhì)為200 mAh g -1（ 總復(fù)合材料為99 mAh g -1或至154.6 mAh cm -3） 6次循環(huán)后的mA g -1（C / 20）和電流密度為37.3 mA g -1 （C 時(shí)為140 mAh g -1的活性材料（ 總復(fù)合材料為69 mAh g -1或108.2 mAh cm -3）/ 10）。”
研究人員進(jìn)一步開(kāi)展了工作，但他們圍繞優(yōu)化LFP-PLA和PLA-SiO 2復(fù)合材料3D打印絲進(jìn)行了研究，他們探索了炭黑作為正極導(dǎo)電添加劑和陶瓷添加劑的應(yīng)用。分隔器。借助3D打印提供的靈活性，可以創(chuàng)建更復(fù)雜的幾何形狀，并更好地優(yōu)化材料，并且更容易組裝，因?yàn)榭梢砸淮蝿?chuàng)建所有零件。
研究人員說(shuō)：“意識(shí)到3D打印機(jī)標(biāo)稱分辨率帶來(lái)的局限性，這項(xiàng)工作在這里用作概念證明。”
（a）配制過(guò)程：（1）將所有組分混合到溶劑中后，通過(guò)刮刀刮涂法將淤漿鋪展在玻璃載體上，最后得到薄膜；（2）將復(fù)合膜均質(zhì)片引入擠出機(jī)中。獲得并卷繞了典型的直徑為1.75 mm的3D打印絲。（3）將細(xì)絲引入到商用FDM 3D打印機(jī)中；DSC曲線：（b）具有不同量的導(dǎo)電添加劑（CSP）的純PLA，PLA / LFP wt％40/60和PLA / LFP / PEGDME500；（c）比較10％CSP樣品的膠片，長(zhǎng)絲和3D打印的光盤(pán)。
使用增塑劑聚（乙二醇）二甲醚平均Mn〜500（PEGDME500），在80°C'左右有一個(gè)小的放熱結(jié)晶峰（Tc）。溫差是恒定的，并且據(jù)研究人員稱，增塑的PLA / LFP薄膜的Tm低于未增塑劑的Tm，從142°C降至約132°C。為了鼓勵(lì)電導(dǎo)率，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了具有不同CSP范圍的樣品。當(dāng)該含量增加時(shí)，吸熱峰不變。但是，放熱結(jié)晶峰（Tc）并非如此，該峰已更改為較低的溫度，對(duì)于20％CSP樣品，達(dá)到74°C。科學(xué)家指出，這種行為可能歸因于PLA基質(zhì)中的CSP。
“這項(xiàng)研究通過(guò)合并電池和3D打印技術(shù)，解決了許多電化學(xué)（厚度，電子和離子電導(dǎo)率，電解質(zhì)吸收）和3D打印參數(shù)（填充密度，填充圖案，周長(zhǎng)，過(guò)度擠出和欠擠出，回縮），研究人員總結(jié)說(shuō)：“這為性能更好的3D打印鋰離子電池開(kāi)辟了道路。”
“最后，由于這項(xiàng)工作在這里用作概念驗(yàn)證，因此作者深知，目前，電極和隔板圖案是2D的，因此可以使用非3D打印技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，未來(lái)的工作將集中在復(fù)雜的3D電池架構(gòu)上，這需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重大調(diào)整并進(jìn)行徹底的設(shè)計(jì)優(yōu)化。即將進(jìn)行的研究也可能致力于機(jī)械地改善FDM 3D打印機(jī)的分辨率，并通過(guò)使用多噴嘴配置簡(jiǎn)化一次打印一次完整電池的乏味步驟。”
研究人員一直在尋找更好的3D打印電池方法，從定制定制的燈絲到3D冷凍打印，可穿戴設(shè)備的創(chuàng)新等等。
（a）含有CSP作為導(dǎo)電添加劑的樣品的電導(dǎo)率的阿倫尼烏斯圖；（b）膠片和3D打印的10％CSP光盤(pán)樣品在不同C速率下的容量保留圖。（c）3D打印的10％CSP光盤(pán)樣品的充電/放電容量曲線。注意，對(duì)于那些實(shí)驗(yàn)，使用了商用的玻璃纖維隔板。（d）對(duì)于含不同SiO2含量的樣品，在1M LiPF6的EC：DEC 1：1體積％電解液中1 h和10 h后的電導(dǎo)率。
(責(zé)任編輯：admin)
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