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3D打印纳米电池可以挤压

信息来源:星火计划 发布时间:【2020-08-16 】 点击次数:
 
在过去的十年中,尽管灵活,可扩展的电子技术取得了长足的进步,但为它们提供动力的电池仍需迎头赶上。新加坡和中国的研究人员现已展示了一种“准固态”电池,该电池由介于液体和固体之间的材料制成,可以压缩多达60%,同时在10,000次充电后仍保持高能量密度和良好稳定性–充电周期。电池制造利用3-D打印技术,该技术在吸引人们关注生产复杂电池结构的同时,也给在为设备供电时能够拉伸,挤压和弯曲的电池带来了挑战。
3D打印电池最多可压缩60%。信用ACS Nano
“ 3D打印技术是一个发展迅速的领域,” 新加坡科技与设计大学材料科学研究员Hui Hui Yang说,他领导了ACS Nano上的研究。她解释说,这促使她和她的同事将这项技术应用于他们的电池研究中以进行快速原型制作,从而使他们“能够制造出具有任意形状,层数和图案的电池电极”。
 
情节变厚
 
水溶液中的氧化石墨烯(GO)薄片已成为一种流行的“油墨”材料,因为它们可以形成稳定的分散体,并且可以在一定程度上调整其流变特性(它们的流动和变形方式)。但是,需要添加钙离子,碳纳米管和纤维素纳米纤维等添加剂才能获得具有3-D打印机可以使用的粘度的GO气凝胶。在这个方向上的研究已经导致具有降低的GO的3D打印超轻型结构(即,经过处理以去除氧气,使得该材料更像石墨烯),并且具有出色的导电性和可压缩性。但是仅纳米碳结构并不能存储电化学能,
 
相反,Yang和她的同事们印刷了他们的纳米碳气凝胶,然后将电化学活性的铁和镍基纳米材料沉积到了印刷结构上。为了获得所需的印刷油墨粘度,他们将GO薄片与碳纳米管(CNT)混合在一起。然后,他们将印刷的晶格结构浸入氨和硫酸盐(包括硫酸镍)的混合物中,这导致在结构上形成Ni(OH)2纳米薄片。当他们处理的纳米碳晶格硝酸铁和氯化铁,多孔由αFe 2 ö 3个纳米棒阵列成长晶格的表面上,而不是。
 
挤压表演
 
镍铁准固态电池由于许多理想的特性而引起了人们的兴趣,这些特性包括低成本,高可循环性和良好的机械稳定性。羊和她的合作者研究了镍(OH)的流变学和电化学性能2和由αFe 2 ö 3层装载的纳米碳结构,调整结构的尺寸和使用任一水性液体或聚合物凝胶氢氧化钾作为电解质。他们能够证明电池可以压缩60%,并保持出色的循环稳定性(10,000次充放电循环后,容量保持率达到约91.3%)和超高能量密度(28.1 mWh cm -3,功率为10.6 mW)厘米-3)。通过串联连接四个设备,他们显示设备可以点亮蓝色LED。
 
Yang表示:“我们的合成策略不仅为通过3D打印制造可压缩电池提供了一种有效的方法,而且还促进了耐压柔性/可穿戴电子设备的未来应用。” 然而,尽管打印电池很容易扩展,但能量密度目前无法与商用(不可压缩)设备竞争。杨说:“接下来,我们将进一步研究具有高能量密度和高放电平台的3D打印水性充电电池,例如锌空气电池等。”
 
此研究工作得到SUTD数字制造和设计中心的大力支持。

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