3.石墨烯3D實(shí)驗(yàn)室成功打印出3D打印電池
日前，石墨烯(Graphene)3D實(shí)驗(yàn)室對(duì)外宣布其利用3D打印技術(shù)成功打印出3D打印電池，該電池作為結(jié)構(gòu)性多功能電池，其有著巨大的應(yīng)用潛能。其中，Graphene3D實(shí)驗(yàn)室是一家集研發(fā)、生產(chǎn)以及銷售于一體的3D打印公司，其產(chǎn)品主要采用的是Graphene自主研發(fā)的納米復(fù)合材料，同時(shí)其產(chǎn)品種類也非常豐富。Graphene3D實(shí)驗(yàn)室所采用的3D打印技術(shù)主要包括熔絲制造技術(shù)，通過(guò)利用該技術(shù)其成功研發(fā)打印出了一種石墨烯電池。
Graphene3D實(shí)驗(yàn)室通過(guò)將石墨烯納米薄片與熔絲制造的熱塑性塑料相融合，從而最終形成了具有良好導(dǎo)電性能的3D打印絲極。Graphene3D實(shí)驗(yàn)室表示，目前3D打印技術(shù)一般需要對(duì)電池的不同組成部件分別進(jìn)行單獨(dú)打印，例如電池所采用的陰極、陽(yáng)極以及電解質(zhì)等均需要單獨(dú)打印。而一臺(tái)可以進(jìn)行多種材料同時(shí)打印的3D打印機(jī)可以大大簡(jiǎn)化電池的3D打印過(guò)程，在一次打印過(guò)程中就可以完成整個(gè)電池的打印工作。
以上多功能結(jié)構(gòu)電池一經(jīng)推出便吸引了大量研發(fā)團(tuán)隊(duì)的關(guān)注，其中就包括沃爾沃汽車公司、美國(guó)高級(jí)研究計(jì)劃局-能源部等。同時(shí)，美國(guó)高級(jí)研究計(jì)劃局-能源部還耗資875萬(wàn)美元分別獎(jiǎng)勵(lì)了4個(gè)相關(guān)的3D打印研究項(xiàng)目。此外，以上多功能結(jié)構(gòu)電池研發(fā)項(xiàng)目的主要目的就是為車輛電池提供一種具有革命性意義的電能存儲(chǔ)方案。該多功能結(jié)構(gòu)電池研發(fā)項(xiàng)目被稱之為"RANGE"項(xiàng)目。Graphene3D實(shí)驗(yàn)室目前已經(jīng)就以上3D打印電池所涉及到的新材料創(chuàng)新和新方法向美國(guó)專利局和商標(biāo)局提交了臨時(shí)的專利申請(qǐng)。
點(diǎn)評(píng)：3D打印+石墨烯=新型電池，這個(gè)方程式包括了如今最受熱捧的兩個(gè)概念，即3D打印和石墨烯。陰極、陽(yáng)極以及電解質(zhì)多種材料同時(shí)打印，很好的壓縮了整個(gè)工序，再加上石墨烯超級(jí)材料的特性，提高電池能量密度的同時(shí)有利于大規(guī)模生產(chǎn)，給電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了革命性的希望。3D打印石墨烯電池?zé)o疑是2014年鋰電池業(yè)界最耀眼的技術(shù)進(jìn)步。
4.石墨烯+硅材料鋰電池 充電速度快16倍
加州大學(xué)河濱分校的一組研究人員開(kāi)發(fā)出了一種新架構(gòu)的硅陽(yáng)極，應(yīng)用在鋰電池中可以使充電過(guò)程快16倍。新的設(shè)計(jì)構(gòu)建于3D結(jié)構(gòu)的錐形碳納米管材料之上。可以使電池比原來(lái)輕40%，卻能攜帶比原來(lái)多60%的電量，將使充電速度快16倍左右。
由于鋰電池被廣泛應(yīng)用，人們也對(duì)之進(jìn)行大量的研究改善它們的性能。尋找"完美"的電極材料的研究從未停止過(guò)。在商用領(lǐng)域目前的陽(yáng)極多由石墨碳制成，每克能攜帶370mAh電量(370mAh/g比容量)。而如果用碳納米管制成陽(yáng)極，可以使性能翻三倍左右，達(dá)到1000mAh/g比容量。而更進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，硅是更好的電池陽(yáng)極材料。因?yàn)樗邆?200mAh/g比容量。相比目前商用的電池，提供了10倍以上的性能。而直接使用硅陽(yáng)極并不能在現(xiàn)有的鋰電池結(jié)構(gòu)內(nèi)正常工作。由于硅和鋰會(huì)在電池內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)，它會(huì)膨脹到4倍正常的大小。
現(xiàn)在，加州大學(xué)河濱分校的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新的架構(gòu)來(lái)將硅應(yīng)用在鋰電池的陽(yáng)極上。不僅能夠使單位重量材料攜帶更多電量，同時(shí)能讓充電速度快16倍左右。研究人員首先構(gòu)建了一層石墨烯薄片，并在此基礎(chǔ)上使用柱狀碳納米管構(gòu)建了柱狀的納米結(jié)構(gòu)。最后他們使用溫和的電感耦合等離子體使之柱狀納米管變成錐形結(jié)構(gòu)，最后他們將非晶硅沉積在上面。
應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極的鋰離子電池在快速充放電循環(huán)中也表現(xiàn)出了極高的穩(wěn)定性，陽(yáng)極能達(dá)到1954mAh/g(是傳統(tǒng)陽(yáng)極的五倍性能)。在230次充放電循環(huán)后仍保留有1200mAh/g的比容量。這種電池技術(shù)如果能夠批量生產(chǎn)，相信對(duì)智能手機(jī)和電動(dòng)汽車行業(yè)的影響都十分巨大。
點(diǎn)評(píng)：提高電池的能量密度，實(shí)現(xiàn)閃充始終是鋰電池研究的熱門，相比于3D打印石墨烯電池來(lái)說(shuō)，這種石墨烯加硅材料的電池還是處于研發(fā)階段，不過(guò)還是從其優(yōu)越的性能表現(xiàn)可以看出該技術(shù)的廣闊的應(yīng)用前景，充電速度快16倍、性能提升10倍以上，這真是值得令人尖叫的技術(shù)，拭目以待該技術(shù)的商用。這項(xiàng)技術(shù)算是在電極材料方面取得的最新進(jìn)展，那么眾所周知鋰電池電解液也是電池的重要組成部分，這方面今年有什么新進(jìn)展呢?
