法國：采用石墨的FDM 3D打印可提供更好的電池

在最近發(fā)表的“ 通過熔融沉積建模對LiFePO 4 /石墨電池進行3D打印 ”中，法國研究人員探索了改進的制造電池的方法,。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)性已成為當今世界廣泛討論的話題和關注點，并且隨著3D打印技術通過各種不同的軟件,，硬件和材料持續(xù)發(fā)展,，在儲能和節(jié)能等領域的創(chuàng)新也在不斷發(fā)展，這包括形狀的定制,，包括：

• 電極
• 分離器
• 固體高分子電解質
• 集電器
  

如今,，電池和電子產品可以直接集成到3D打印產品中，這是“在減小體積和重量的同時最大化能量存儲的需求”的直接結果,。以前的研究人員已經使用商用石墨烯基聚乳酸絲作為材料,，成功地進行了3D打印設備; 但是，材料的負載始終很低,，足以顯著影響電化學性能,。文獻報道了為FDM工藝準備的燈絲特性摘要。氦比重瓶材料密度用于重量-體積轉換,。

對于這項研究,，研究人員已經意識到，添加增塑劑可以克服材料的局限性：

“的確,，我們報道了一種高負載的3D可打印石墨/ PLA燈絲,，該燈絲被專門設計用作鋰離子電池的負極并用于傳統(tǒng)的FDM 3D打印機。燈絲內的活性物質含量（石墨）應盡可能高地增加（整個復合材料中石墨的含量為49.2 wt％,，因此相當于每cm 3 773 mg活性物質）,，以改善電化學性能，同時保留足夠的機械強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。

“因此,，通過FDM獲得的負極圓盤具有前所未有的可逆容量：在18.6的電流密度下 ,，活性物質為200 mAh g -1（ 總復合材料為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  時為140 mAh g -1的活性材料（ 總復合材料為69 mAh g -1或108.2 mAh cm -3）/ 10）�,！�

研究人員進一步開展了工作,，但他們圍繞優(yōu)化LFP-PLA和PLA-SiO 2復合材料3D打印絲進行了研究，他們探索了炭黑作為正極導電添加劑和陶瓷添加劑的應用,。分隔器,。借助3D打印提供的靈活性，可以創(chuàng)建更復雜的幾何形狀,，并更好地優(yōu)化材料,，并且更容易組裝，因為可以一次創(chuàng)建所有零件,。

研究人員說：“意識到3D打印機標稱分辨率帶來的局限性,，這項工作在這里用作概念證明�,！�

（a）配制​​過程：（1）將所有組分混合到溶劑中后,，通過刮刀刮涂法將淤漿鋪展在玻璃載體上，最后得到薄膜,；（2）將復合膜均質片引入擠出機中,。獲得并卷繞了典型的直徑為1.75 mm的3D打印絲。（3）將細絲引入到商用FDM 3D打印機中,；DSC曲線：（b）具有不同量的導電添加劑（CSP）的純PLA,，PLA / LFP wt％40/60和PLA / LFP / PEGDME500；（c）比較10％CSP樣品的膠片,，長絲和3D打印的光盤,。

使用增塑劑聚（乙二醇）二甲醚平均Mn〜500（PEGDME500），在80°C'左右有一個小的放熱結晶峰（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,。為了鼓勵電導率，研究團隊創(chuàng)建了具有不同CSP范圍的樣品,。當該含量增加時,，吸熱峰不變。但是,，放熱結晶峰（Tc）并非如此,，該峰已更改為較低的溫度,，對于20％CSP樣品，達到74°C,�,？茖W家指出,，這種行為可能歸因于PLA基質中的CSP。

“這項研究通過合并電池和3D打印技術,，解決了許多電化學（厚度,，電子和離子電導率，電解質吸收）和3D打印參數(shù)（填充密度,，填充圖案,，周長，過度擠出和欠擠出,，回縮）,，研究人員總結說：“這為性能更好的3D打印鋰離子電池開辟了道路�,！�

“最后,，由于這項工作在這里用作概念驗證，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打印技術來實現(xiàn),。但是,，未來的工作將集中在復雜的3D電池架構上，這需要對系統(tǒng)進行重大調整并進行徹底的設計優(yōu)化,。即將進行的研究也可能致力于機械地改善FDM 3D打印機的分辨率,，并通過使用多噴嘴配置簡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，可穿戴設備的創(chuàng)新等等,。您如何看待這個新聞,？讓我們知道您的想法！在3DPrintBoard.com上加入有關此主題和其他3D打印主題的討論,。

（a）含有CSP作為導電添加劑的樣品的電導率的阿倫尼烏斯圖,；（b）膠片和3D打印的10％CSP光盤樣品在不同C速率下的容量保留圖。（c）3D打印的10％CSP光盤樣品的充電/放電容量曲線,。注意,，對于那些實驗,，使用了商用的玻璃纖維隔板。（d）對于含不同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后的電導率。

（a）可以使用經典的3D打印切片機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,，請注意每層的厚度為200 μm,。


編譯：3dprint.com