W celu uzyskania wydajnych urządzeń do magazynowania energii, druk 3D jest szeroko stosowany w dziedzinie elektrochemii. Ostatnio nowe wyniki współpracy zespołu Northwestern Polytechnical University z Laboratorium Wytwarzania Addytywnego National University of Singapore zainspirowały branżę.

Wspólny zespół wykorzystał cyfrowe przetwarzanie światła (DLP) i chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD) dwie nowoczesne technologie przemysłowe, aby opracować unikalną trójwymiarową piankę grafitową (HGF), która ma okresowo porowatą strukturę i dobre właściwości mechaniczne, i odniosła sukces. Wysoka wytrzymałość mechaniczna i bardzo wysoka zdolność obciążania elektrody materiałem aktywnym. Praca z wynikami została opublikowana w „Badaniach”.

„To osiągnięcie nie tylko zapewnia nową metodę przygotowania materiałów elektrodowych o doskonałej wytrzymałości mechanicznej i właściwościach elektrochemicznych, ale także zapewnia nową drogę do zastosowania na dużą skalę zaawansowanych urządzeń do magazynowania energii”. Korespondujący autor artykułu, Chińska Akademia Nauk Huang Wei, akademik i główny naukowiec Flexible Electronics Frontier Science Center na Northwestern Polytechnical University, powiedział China Science Daily.

Nagłe pojawienie się

Wraz z szybkim rozwojem społeczeństwa zapotrzebowanie na energię stale rośnie, mając nadzieję na znalezienie odnawialnej zielonej energii. Druk 3D może osiągnąć szybkie prototypowanie i stosunkowo niski koszt, dzięki czemu przyciągnął szeroką uwagę. W ciągu ostatnich kilku lat przeprowadzono wiele badań wykorzystujących druk 3D do tworzenia elektrod/urządzeń do elektrochemicznej konwersji i przechowywania energii. Eksperci poczynili znaczne postępy w tej dziedzinie, ale nadal istnieje wiele wyzwań i niedociągnięć, które należy rozwiązać. Od 2018 roku zespół Northwestern Polytechnical University jest zaangażowany w opracowywanie nowych elektrod drukowanych 3D o większej precyzji i unikalnym projekcie strukturalnym.

„Od momentu powstania zespół walczył o dostosowanie i uprzemysłowienie wysokowydajnych elektrod za pomocą technologii drukowania 3D. Wybierając różne technologie drukowania, projekty strukturalne i materiały do ​​drukowania, aby osiągnąć zróżnicowaną personalizację materiałów elektrodowych”. Według Guan Cao, autora do korespondencji artykułu i profesora w Instytucie Elektroniki Elastycznej na Northwestern Polytechnical University.

Obecnie, ponieważ elektrody druku 3D mogą zapewnić wyższą zdolność ładowania materiału aktywnego, aby osiągnąć wyższą gęstość energii i gęstość mocy, technologia drukowania 3D w dziedzinie magazynowania energii, w tym akumulatorów z jonami metali, akumulatorów z powietrzem metalowym i superkondensatorów, stopniowo staje się gorąca.

Technologia druku 3D obejmuje modelowanie topionego osadzania (FDM), druk atramentowy (Ink Jetting), selektywne topienie laserowe (SLM) i stereolitografię (SLA) itp.

Elektroda to element, który wprowadza lub pobiera prąd w medium przewodzącym. Przez wiele lat naukowcy nieustannie dostosowywali jego skład i reakcję chemiczną, aby uzyskać lepszą wydajność baterii. Powszechnie stosowane materiały elektrodowe obejmują metale, tlenki metali, węgliki metali, siarczki metali, materiały węglowe, polimery przewodzące, metaloorganiczne materiały szkieletowe (MOF) i ich materiały kompozytowe.

Wśród nich materiały oparte na węglu, takie jak grafen i nanorurki węglowe (CNT), są jednymi z najczęściej stosowanych materiałów elektrodowych w elastycznych przezroczystych elektrodach przewodzących (FTCE), o doskonałych właściwościach elektrycznych, optycznych i mechanicznych. Wysokiej jakości grafen jest szeroko stosowany do wytwarzania FTCE ze względu na jego dobrą przewodność elektryczną, dużą elastyczność mechaniczną, wysoką przezroczystość optyczną i dobrą stabilność chemiczną.

Profesor Ding Jun, jeden z autorów tego artykułu i kierownik zespołu National University of Singapore, powiedział jednak, że obecne badanie praktycznego zastosowania technologii druku 3D wciąż ma pewne ograniczenia.

Stabilność mechaniczna przytłacza wszystko

Obecnie istnieją dwie główne metody przygotowania elektrod cienkowarstwowych w technologii druku 3D: ekstruzja i atrament. Chociaż zasady działania obu metod są stosunkowo podobne, właściwości użytego atramentu są zupełnie inne. Ze względu na rosnące zapotrzebowanie na konstrukcję elektrod trójwymiarowych, przygotowanie materiałów elektrodowych grafen/grafit do druku 3D w większości przyjmuje metodę bezpośredniego druku atramentowego (typ ekstruzji).

Ponieważ rozdzielczość tej technologii jest niska i zwykle większa niż 200μm, może ona realizować tylko niektóre proste struktury 3D, takie jak siatki i struktury międzycyfrowe, co ogranicza jej zastosowanie. Ponadto w przypadku pakowania i transportu niezbędne są również właściwości mechaniczne tego trójwymiarowego materiału węglowego, ale wcześniejsze badania nie poświęciły wiele uwagi.

Jaki rodzaj elektrody jest bardziej obiecujący i może zapewnić doskonałe właściwości mechaniczne i elektrochemiczne?

„Opracowanie nowego typu elektrody drukowanej 3D o większej precyzji i unikalnej konstrukcji strukturalnej będzie bardzo obiecujące”. powiedział Guan Cao. Z pomocą DLP i CVD zespół zaprojektował lekki HGF o prostej strukturze i dobrej porowatości. „Obliczenia elementów skończonych i testy ściskania dowiodły, że porowaty HGF z porowatą strukturą obracającego się korpusu może skutecznie zapobiegać uszkodzeniom strukturalnym spowodowanym koncentracją naprężeń, utrzymując w ten sposób stabilność maszyny”. Guan Cao powiedział, że stabilność maszyny jest przytłaczająca.

Pianka grafitowa jest dodatkowo pokryta nanoarkuszami MnO2, które mogą być bezpośrednio stosowane jako materiały elektrodowe do superkondensatorów bez konieczności stosowania dodatkowych spoiw i kolektorów prądu. Korzystając z unikalnej pustej porowatej struktury, może nie tylko osiągnąć wysokiej jakości obciążenia materiałów aktywnych, ale także ma znacznie wysoką pojemność powierzchniową i objętościową.

Wyniki analizy elementów skończonych potwierdziły, że wstępnie zaprojektowana spiralna struktura porowata może zapewnić jednorodny obszar naprężeń i zmniejszyć potencjalny trend uszkodzeń strukturalnych spowodowany koncentracją naprężeń. Wyniki eksperymentalne pokazują, że przygotowana pianka grafitowa może osiągnąć wysoką wytrzymałość mechaniczną przy mniejszej gęstości materiału. Gdy powierzchnia pianki grafitowej jest pokryta bardzo wysokim obciążeniem MnO2, MnO2/HGF może jednocześnie osiągnąć dużą powierzchnię, objętość i pojemność właściwą.

Ponadto zmontowane quasi-stałe asymetryczne superkondensatory wykazują również doskonałe właściwości mechaniczne i elektrochemiczne. Ta strategia trójwymiarowych porowatych i mocnych materiałów o dobrych właściwościach mechanicznych i elektrochemicznych utoruje drogę do praktycznego zastosowania zaawansowanych urządzeń do magazynowania energii.

Przyszłość i oczekiwania

Mówiąc o przyszłych planach badań naukowych, Huang Wei powiedział: „W przyszłości będziemy nadal zgłębiać temat badań i rozwoju technologii wielofunkcyjnego druku 3D elektrodowego, opracowywania odpowiednich systemów materiałów do druku 3D oraz realizacji jednoetapowego drukowania urządzenia magazynujące energię.”

„Omówienie najbardziej odpowiednich parametrów procesu drukowania i parametrów strukturalnych, wspieranie rozwoju technologii i przemysłu urządzeń do magazynowania energii oraz realizacja industrializacji i industrializacji nowych urządzeń do magazynowania energii to nasz nadrzędny cel”. Huang Wei dodatkowo przedstawił to w produkcji materiałów elektrodowych Jednocześnie coraz bardziej wymagający jest rozwój urządzeń do magazynowania energii o dużej pojemności właściwej i dużej mocy właściwej. Jednocześnie tanie, proste procedury produkcyjne mogą również pomóc producentom baterii drukowanych w 3D zdobyć miejsce na rynku. "

Nie ma wątpliwości, że przemysłowe, wytrzymałe elektrody metalowe są nadal materiałem wybieranym dla większości prototypowych urządzeń. W porównaniu z tradycyjnymi metodami, niektóre prototypowe urządzenia drukowane w 3D wykazują porównywalną lub lepszą wydajność, od unikalnych struktur elektrod (na przykład porowatości i chropowatości powierzchni) po projekty ogniw elektrochemicznych związane z możliwościami drukowania.

Jednak różnice między różnymi rodzajami elektrod drukowanych w 3D i urządzeniami o różnych technologiach drukowania nie były systematycznie badane i nadal istnieje duża luka w wiedzy w tym zakresie. Podobnie, obecne dane porównawcze dotyczące systemów tradycyjnych i systemów przemysłowych są również bardzo ograniczone.

Urzędnicy uważają, że dzięki strategii rozwoju mojego kraju „Made in China 2025” technologia produkcji stanie przed ogromną historyczną szansą na modernizację i modernizację. Technologia druku 3D jest skutecznym uzupełnieniem tradycyjnej technologii przetwarzania i jest strategiczną technologią epokową. Obecnie osiągnięcia technologii druku 3D w zakresie magazynowania energii zaczęły nabierać kształtu, a różnorodne technologie i materiały druku są stale wykorzystywane w technologii druku 3D, co przyniesie możliwości rozwoju technologii druku 3D w branży. dziedzina magazynowania energii. „Uważa się, że wraz z ciągłym rozwojem technologii i materiałów do drukowania, baterie drukowane 3D o dobrej trwałości, doskonałym bezpieczeństwie oraz wyższej gęstości energii i mocy będą ostatecznie powszechnie stosowane w większej liczbie dziedzin w przyszłości”. Kurwa powiedział.

Link do tego artykułu: Przygotowanie do druku 3D pianki grafitowej

Oświadczenie o przedruku: Jeśli nie ma specjalnych instrukcji, wszystkie artykuły na tej stronie są oryginalne. Proszę wskazać źródło przedruku: https://www.cncmachiningptj.com/，thanks！

PTJ® zapewnia pełen zakres niestandardowej precyzji obróbka cnc Chiny usługi. Certyfikat ISO 9001:2015 i AS-9100. Producent obróbki na dużą skalę toreb medycznych, świadcząc usługi projektowania 3D, prototypów i dostaw globalnych. Oferujemy również twarde etui, półtwarde pianki EVA, miękkie szyte etui, woreczki i wiele innych dla producentów OEM. Wszystkie etui są wykonane na zamówienie zgodnie ze specyfikacją z nieskończoną liczbą kombinacji materiały, formy, kieszenie, szlufki, zamki, uchwyty, logotypy i akcesoria. Odporne na wstrząsy, wodoodporne i przyjazne dla środowiska opcje. Części medyczne, reagowanie w sytuacjach awaryjnych, Części elektroniczne, korporacyjnym, edukacyjnym, wojskowym, ochroniarskim, sportowym, outdoorowym i budowlanym. Usługi obejmują konsultacje koncepcji przypadku, projektowanie 3D, prototypowanie, rototypowanie,Wiercenie CNC Usługi i produkcja.Opowiedz nam trochę o budżecie Twojego projektu i przewidywanym czasie realizacji. Opracujemy z Tobą strategię, aby zapewnić najbardziej opłacalne usługi, które pomogą Ci osiągnąć swój cel. Zapraszamy do bezpośredniego kontaktu z nami ( sprzedaz@pintejin.com ).