新能源材料

日本研發出3D打印全固態電池

一般全固態電池把電極和電解質材料加溫、加壓壓制成型。這樣成本高，制件受熱而開裂；電解質較硬，正、負極因重復充、放電而重復膨脹、收縮，二者不能緊密貼合，導致降低電池性能。日本東北大學科學家利用可自由改變硬度的材料，不需高溫工序，數小時3D打印成電池。通過層疊電池來增加單位體積的蓄電量，可延長汽車的續航里程。日本科學家把有利于鋰離子運動的特殊液體和氧化硅混合，形成類似于軟性隱形眼鏡的玻璃膜。這樣只要改變玻璃膜里的氧化硅含量，就可調整玻璃膜的柔韌度。把電解膜里的氧化硅含量減一半，物料就呈凝膠狀。再與經紫外線照射、凝固狀的樹脂相混合而制成3D打印物料。另外，通過電解質、正極用鈷酸鋰，負極用鈦酸鋰等加工成凝膠狀材料，也可充當3D打印物料。約2h利用3D打印成全固態電池。只要輸入參數，就可決定電池的形狀、尺寸。

3D打印全固態電池坯料只需紫外線照射固化（不需高溫固化）就制成制品。這樣大幅降低成本。即使電池構件膨脹、收縮柔性電解質能夠牢固地貼合而不開裂。測試結果：電池可穩定充、放電100次以上；通過了電池起火試驗；電池驅動汽車最大行駛速度達30km/h。待解決難題：電解質的離子導電性差，亟須篩選最佳電解質材料；因鋰離子無法順利移動，電極就無法瞬間釋放巨大能量；開發能量密度高的正極材料；提升電池的輸出功率，達到將電池安裝到純電動汽車上的目標；……