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電池示意圖,非文中所述 3D 列印電池。

大至電動車,小至智慧手錶,鋰電池已無所不在,與我們的生活密不可分。而科學家致力提升鋰電池的性能,期望打造體積更小、重量更輕、電量更高,同時也更安全的電池。透過 3D 列印生產,鋰電池也出現更多可能性。

新創用 3D 列印製造固態電池,提升能量密度

近日,3D 列印新創 Sakuu 開發一種固態電池。該電池容量為 3 Ah,大約是 3 顆四號電池的容量,屬於小型電池。Sakuu 透過自己的積層製造平台生產此電池,該平台能將多種材料沉積在一個薄的單層上。

與多數固態電池的設計一樣,Sakuu 電池採用陶瓷製的電解質,將陽極與陰極分離。Sakuu 的技術長 Karl Littau 並未透露該陶瓷電解質的細節,也沒提供該電池與其他鋰電池相比的性能數據。然而 Littau 表示,在過去的一年中,該固態電池的容量提高了 100 倍,體積能量效率提升 12 倍以上。

Littau 表示,為了提升電池的能量密度,必須儘量減少對電池性能沒有幫助的元件的體積,而 3D 列印能達到這個目的。

除了 Sakuu,瑞士公司 Blackstone Resources 的德國子公司 Blackstone Technology 也在 4 月宣布,成功使用 3D 列印做出一個固態電池單元。此外,Blackstone Technology 也在開發用於液態電解質電池的 3D 列印技術。

3D 列印速度較慢,可能較適合製造小型的電池

科學家也在優化固態電池的穩定性。哈佛大學 John A. Paulson 學院的工程與應用科學教授 Xin Li 表示,目前固態電池的穩定性並不好,影響了它的商業化進程。原因在於,鋰電池在充放電的過程中,會在陽極產生枝晶(dendrite),也就是一種針狀的鋰金屬絲;隨著枝晶成長,最終可能會穿透電解質到陰極,導致短路,甚至起火。

近日,Li 研發了一種方式來抑制枝晶成長。Li 在陽極與陰極間鋪設不同穩定性的材料,以控制枝晶生長。研究人員表示,實驗室原型電池可在高電流密度下至少充放電 1 萬次,性能不會退化。

但關於 3D 列印電池,Li 對它的潛力持保守態度。Li 表示,3D 列印的速度太慢了,可能更適合於製造電腦主機或手錶中的小型電池。然而 Sakuu 在開發 3D 列印電池技術時,有將電動車列入考量。Littau 表示,電動車並不是唯一的市場,Sakuu 能列印所有物品所需的鋰電池,3D 列印開啟了更多可能性。

目前 3D 列印電池的技術能為大規模商用,未來會如何發展,能否成為生產電池的一種標準方式,仍待我們觀察。

參考資料:SakuuIEEE Spectrum

(本文提供合作夥伴轉載。首圖來源:Shutterstock)