創(chuàng)新儲能技術(shù)：微納3D打印在新能源電池領(lǐng)域的應(yīng)用前景

來源：摩方精密

在當前全球能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和清潔能源轉(zhuǎn)型的大背景下,，新能源儲能市場的蓬勃發(fā)展已成為推動經(jīng)濟增長和技術(shù)創(chuàng)新的重要引擎,。與此同時,，3D打印技術(shù)以其高精度、高品質(zhì)的制造特性,，能夠迅速實現(xiàn)復雜結(jié)構(gòu)的制備,，有效縮短研發(fā)周期，并優(yōu)化電池組件的空間配置,。該技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用正逐步成為推動電池制造行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的核心力量,，為我國電池產(chǎn)業(yè)的持續(xù)繁榮和健康發(fā)展注入了新的動能。

依據(jù)Grand View Research的報告,，2023年全球電池市場已實現(xiàn)1182億美元的規(guī)模,，且據(jù)預(yù)測,，在2024年至2030年期間，該市場將維持16.1%的復合年增長率,。電動汽車的日益普及,，加之可再生能源基礎(chǔ)設(shè)施的持續(xù)擴展，共同推動了市場的快速增長,。能源轉(zhuǎn)型向可持續(xù)性的邁進,，催生了對于高效、經(jīng)濟儲能解決方案的強烈需求,。世界各國政府正積極出臺相關(guān)政策和激勵措施,，旨在促進電動汽車的廣泛采用和可再生能源的深入發(fā)展，這將進一步加速電池市場的增長勢頭,。

在新能源電池的研發(fā)過程中,，需要不斷地進行設(shè)計驗證和性能測試。3D打印技術(shù)可以快速地制造出所需復雜結(jié)構(gòu)原型,，避免了開模的成本和時間浪費,，使研發(fā)人員能夠在短時間內(nèi)得到實物樣品，進行各種性能測試和驗證,。這樣可以大大縮短研發(fā)周期,，減少了制造過程中的中間環(huán)節(jié)，提高了生產(chǎn)效率和良品率,，加快新產(chǎn)品的推出速度,。

微納3D打印技術(shù)能夠高效地生產(chǎn)精密復雜的零部件，靈活應(yīng)對單件或小批量生產(chǎn)需求并實現(xiàn)高密度的部件布局,。以下將通過幾組具體案例,，對摩方微納3D打印技術(shù)的應(yīng)用效果進行詳細分析。

微納多孔分離器
在當前能源技術(shù)領(lǐng)域,，實現(xiàn)快速充電與維持鋰離子電池（LIBs）穩(wěn)定性,，其關(guān)鍵在于電極間鋰離子的迅速傳輸。來自勞倫斯利弗莫爾國家實驗室,、加州大學戴維斯分校等研究團隊,，借助摩方精密面投影微立體光刻3D打印技術(shù)（nanoArch® S130，精度：2 μm）,，成功研制出己二醇二丙烯酸酯（HDDA）多孔隔膜,，并對其在鋰鎳錳鈷氧化物（NMC）/石墨全電池體系中的電性能進行了驗證。

此項研究成果不僅為高能量,、高功率以及長循環(huán)壽命LIBs的3D隔膜增材制造提供了新的技術(shù)路徑,，更為電池隔膜領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ),。
doi：10.1021/acsaenm.4c00438

金屬微點陣
湖南大學段輝高教授,、張冠華副教授,、張夏楠等人突破傳統(tǒng)鋅負極優(yōu)化策略，提出“多功能3D結(jié)構(gòu)電極”新思路,，通過利用nanoArch® P140 (精度：10 μm）和化學沉積/電沉積技術(shù)成功實現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化鋅負極的可靠制造,。
此外，由3D Ni-Zn微點陣負極和聚苯胺插層的氧化釩正極組裝而成的全電池表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學性能,。這種具有有序3D通孔結(jié)構(gòu)的導電金屬微點陣為開發(fā)其它高性能金屬(如Li,Na, K, Mg, Al)電池提供了新的思路,。

doi：10.1002/aenm.202003927

親鋰氧化石墨烯多通道結(jié)構(gòu)
清華大學深圳國際研究生院周光敏副教授和丘陵副教授等人采用連續(xù)離心鑄造法制備了大面積氧化石墨烯（GO）作為鋰金屬的宿主，然后使用3D打印模板通過簡單的沖壓方法在其中制造對齊的微通道,。

GO基體有效地調(diào)節(jié)了鋰的沉積/剝離行為,，而對齊的通道均勻地分布了鋰離子通量并提供了短的鋰離子擴散路徑。同時,，Li/多孔GO復合材料具有柔韌性,，其可控厚度為50至150 µm，對應(yīng)的容量為9.881至27.601 mAh cm-2,。該團隊利用nanoArch® S140（精度：10 μm）成功打印微柱模具,，并結(jié)合沖壓模塑的方式制備具有均勻排布的通道氧化石墨烯結(jié)構(gòu)，助力高性能電極以及全電池的制備,。

doi：10.1002/adfm.202200682

新能源儲能技術(shù)作為影響全球能源格局的關(guān)鍵因素之一,，其發(fā)展走向直接關(guān)聯(lián)到能源戰(zhàn)略的整體布局。在當前全球能源轉(zhuǎn)型的大背景下,，緊跟世界新能源科技向綠色低碳,、智能化、高效能,、多元化發(fā)展的趨勢,，各行業(yè)需要科學規(guī)劃并構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系之中長期愿景與目標,。因此,，積極運用微納3D打印等前沿高新技術(shù)，并結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖,，以指導技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新,，或許正是推動新能源儲能轉(zhuǎn)型邁入新階段的關(guān)鍵所在。