據國外媒體報道，格拉斯哥大學的研究人員一直在研究和開發更可持續的鋰離子電池，以提高存儲和電力傳輸的效率。最近，研究取得了成果，研究人員創造了一種新型的3D打印電池，可以使用植物淀粉和碳納米管制成的電極，可以為移動設備提供更環保、更高容量的電力。
鋰離子電池輕便小巧，可以承受多次充放電循環，非常適合在筆記本電腦、手機、智能手表、電動汽車等多種設備上使用。和很多電池一樣，鋰離子電池的正極通常由鋰鈷/錳氧化物或磷酸亞鐵鋰制成，負極由鋰金屬制成。充電過程中，鋰離子通過電解液從正極流向負極，并儲存在負極中；在放電過程中，離子反向流動，通過電化學反應產生電能。
(來源:電源雜志)
然而，目前鋰離子電池存儲和釋放電能的設計存在物理限制，其中之一是電極的厚度。較厚的電極會限制鋰離子在電極上的擴散，從而限制其比能。電極厚度的增加也會降低其應變容限，變得更容易斷裂。一旦電極斷裂，電池將無法繼續使用。
研究小組開發的電池可以通過引入微小的納米級和微米級的孔或孔隙，使電極尺寸和表面積更加平衡。與相同外形尺寸的實心電極相比，通過在電極表面和內部鉆細孔，可以大大增加表面積。為此，研究人員使用增材制造技術(也稱為3D打印)來嚴格控制電極中每個孔的大小和位置。
研究人員還在3D打印機中添加了一種新開發的材料，該材料結合了聚乳酸、磷酸亞鐵鋰和碳納米管。其中，聚乳酸是一種生物降解材料，由玉米、甘蔗、甜菜的淀粉制成，可以提高電池的可回收性。
研究人員分別制作了厚度為100、200和300微米的三種圓形電極，并用不同的材料組合測試了每種電極。通過在整個電極中引入嚴格控制的孔柵，碳納米管在材料混合物中的比例可以從3%變化到10%，孔隙率可以從10%變化到70%。
團隊研發的300微米電極電池孔隙率為70%，是測試過程中最好的。其比容量為每克151毫安時，是相同厚度固體電極的傳統鋰離子電池性能的2至3倍。300微米電極的表面積會隨著孔隙率的增加而增加，從而影響電池的面積容量。與在100微米電極中獲得的1.7 mAh cm-2(毫安/平方厘米)相比，更厚的電極可以存儲4.4 mAh平方厘米，增益為158%。
這項研究由格拉斯哥大學詹姆斯瓦特工程學院的Shanmugam Kumar博士領導，其他研究人員來自阿布扎比哈利法技術大學、德克薩斯A&M大學和亞利桑那州立大學。
庫馬爾博士說:“鋰離子電池在日常生活中越來越普遍，隨著交通的電氣化和世界的可持續發展，它將變得更加普遍。但是，鋰離子電池存在可持續性問題，因此必須找到新的方法來使鋰離子電池更加環保。該研究中心使用的3D打印技術可以很好地控制電極的孔隙率，因此我們可以精確地開發出可以解決鋰離子電池一些問題的超材料。基于該材料設計的電池具有較高的比容量和表面容量，并具有優異的循環性能。初步實驗結果令人鼓舞。我們希望能夠繼續探索這種微觀架構，找到更多的可能性，從而為未來制造更好的可回收電池。”據國外媒體報道，格拉斯哥大學的研究人員一直在研究和開發更可持續的鋰離子電池，以提高存儲和電力傳輸的效率。最近，研究取得了成果，研究人員創造了一種新型的3D打印電池，可以使用植物淀粉和碳納米管制成的電極，可以為移動設備提供更環保、更高容量的電力。
鋰離子電池輕便小巧，可以承受多次充放電循環，非常適合在筆記本電腦、手機、智能手表、電動汽車等多種設備上使用。和很多電池一樣，鋰離子電池的正極通常由鋰鈷/錳氧化物或磷酸亞鐵鋰制成，負極由鋰金屬制成。充電過程中，鋰離子通過電解液從正極流向負極，并儲存在負極中；在放電過程中，離子反向流動，通過電化學反應產生電能。
(來源:電源雜志)
然而，目前鋰離子電池存儲和釋放電能的設計存在物理限制，其中之一是電極的厚度。較厚的電極會限制鋰離子在電極上的擴散，從而限制其比能。電極厚度的增加也會降低其應變容限，變得更容易斷裂。一旦電極斷裂，電池將無法繼續使用。
研究小組開發的電池可以通過引入微小的納米級和微米級的孔或孔隙，使電極尺寸和表面積更加平衡。與相同外形尺寸的實心電極相比，通過在電極表面和內部鉆細孔，可以大大增加表面積。為此，研究人員使用增材制造技術(也稱為3D打印)來嚴格控制電極中每個孔的大小和位置。
研究人員還在3D打印機中添加了一種新開發的材料，該材料結合了聚乳酸、磷酸亞鐵鋰和碳納米管。其中，聚乳酸是一種生物降解材料，由玉米、甘蔗、甜菜的淀粉制成，可以提高電池的可回收性。
研究人員分別制作了厚度為100、200和300微米的三種圓形電極，并用不同的材料組合測試了每種電極。通過在整個電極中引入嚴格控制的孔柵，碳納米管在材料混合物中的比例可以從3%變化到10%，孔隙率可以從10%變化到70%。
團隊研發的300微米電極電池孔隙率為70%，是測試過程中最好的。其比容量為每克151毫安時，是相同厚度固體電極的傳統鋰離子電池性能的2至3倍。300微米電極的表面積會隨著孔隙率的增加而增加，從而影響電池的面積容量。與在100微米電極中獲得的1.7 mAh cm-2(毫安/平方厘米)相比，更厚的電極可以存儲4.4 mAh平方厘米，增益為158%。
這項研究由格拉斯哥大學詹姆斯瓦特工程學院的Shanmugam Kumar博士領導，其他研究人員來自阿布扎比哈利法技術大學、德克薩斯A&M大學和亞利桑那州立大學。
庫馬爾博士說:“鋰離子電池在日常生活中越來越普遍，隨著交通的電氣化和世界的可持續發展，它將變得更加普遍。但是，鋰離子電池存在可持續性問題，因此必須找到新的方法來使鋰離子電池更加環保。該研究中心使用的3D打印技術可以很好地控制電極的孔隙率，因此我們可以精確地開發出可以解決鋰離子電池一些問題的超材料。基于該材料設計的電池具有較高的比容量和表面容量，并具有優異的循環性能。初步實驗結果令人鼓舞。我們希望能夠繼續探索這種微觀架構，找到更多的可能性，從而為未來制造更好的可回收電池。”
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