Todas as baterias de estado sólido, como um novo tipo de tecnologia de baterias, têm recebido atenção e pesquisa generalizadas nos últimos anos. Em comparação com as baterias tradicionais de estado líquido, todas as baterias de estado sólido têm uma densidade de energia mais elevada, velocidades de carga e descarga mais rápidas e um melhor desempenho de segurança.
No entanto, todas as baterias de estado sólido enfrentam alguns problemas desafiadores no seu desenvolvimento, entre os quais a solução dos problemas de interface torna-se crucial, incluindo reações laterais de interface e estabilidade de interface entre o eletrólitos sólidos e os materiais dos eletrodos. Além disso, o custo de fabricação e a vida útil de todas as baterias de estado sólido também precisam ser otimizados e melhorados.
Aplicação da tecnologia de impressão 3D no domínio da baterias
Como uma nova tecnologia de fabrico, a impressão 3D pode controlar com precisão a forma e a estrutura, desde micro a macro, sem depender de qualquer modelo, melhorando assim a densidade energética e a densidade de energia das baterias. Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de impressão 3D, cada vez mais pesquisadores estão tentando usar a tecnologia de impressão 3D para preparar todas as baterias de estado sólido, oferecendo mais possibilidades para a produção em massa de baterias de estado sólido.
Descrição geral dos materiais e processos das baterias impressas em 3D
Tem vantagens significativas nos seguintes aspectos: (1) estrutura complexa necessária para o fabrico; (2) controlo preciso da forma e espessura dos eléctrodos; (3) impressão de estrutura electrolítica de estado sólido com elevada estabilidade e funcionamento seguro; (4) baixo custo, amigo do ambiente e fácil de utilizar; (5) Eliminar a montagem do dispositivo e as etapas de embalagem através da integração directa de baterias e outros produtos electrónicos.
Tecnologia de impressão 3D
Atualmente, as tecnologias de impressão 3D usadas para baterias de estado sólido incluem principalmente moldagem por injeção de pasta (ou pasta), tecnologia de sinterização por laser de pó SLS e moldagem de fotopolimerização SLA \ DLP.
Moldagem por spray adesivo (ou slurry)
O adesivo pode ser pulverizado seletivamente na superfície do pó do eletrodo no coletor de corrente através de um bico, e então o material em pó pode ser Unido para formar uma camada sólida, camada por colagem de camadas e, finalmente, formar um eletrodo 3D. Ao avançar e retroceder duas ou três vezes, pode ser colada uma camada fina de eléctrodo e a camada seguinte de pó pode ser o mesmo material ou material electrólito. Para obter o fabrico de eléctrodos secos ou de todas as baterias de estado sólido, qualquer forma de eléctrodos ou baterias pode ser fabricada através da ligação contínua de cada camada de plano por camada.
Tecnologia de sinterização por laser em pó SLS
O processo de impressão da SLS é conseguido através de materiais em pó sinterizado radiando com um feixe de laser de alta potência. A área onde o laser é irradiado derreterá e se ligará rapidamente na forma, enquanto o pó que não é irradiado ainda pode ser reciclado. Podem ser fabricadas várias placas de eléctrodos numa plataforma de impressão deste tipo.
Este método, juntamente com a tecnologia de formação de spray de aglutinante (ou slurry), deverá atingir o fabrico de eléctrodos secos.
SLA/DLP DE CURA POR UV
O princípio é irradiar o electrólito de polímero ou o electrólito misto orgânico-inorgânico de baterias de estado sólido com luz ultravioleta ou superfície leve, tornando-os solidificados camada a camada e sobrepondo-os em forma. No entanto, devido ao desenvolvimento incompleto de materiais, é necessário adicionar alguns materiais de fotopolimerização não funcionais, o que reduzirá o desempenho da bateria, de modo que o escopo da aplicação seja limitado.
Impressão 3D de baterias de estado sólido
A impressão 3D é uma tecnologia promissora na aplicação de baterias de estado sólido. Devido à capacidade desta tecnologia de usar diferentes tipos de materiais de impressão, os pesquisadores podem alterar a estrutura tridimensional de eletrodos, eletrólitos, separadores e empilhamento em baterias.
Design positivo do elétrodo
A utilização da tecnologia de impressão 3D pode conceber materiais de eléctrodos positivos para baterias de lítio, conseguindo uma transformação controlável de eléctrodos bidimensionais para eléctrodos tridimensionais, melhorando a actividade da superfície dos eléctrodos, encurtando a distância de transporte de iões e alcançando uma preparação de eléctrodos positiva de carga elevada. Além disso, a capacidade de controlo da espessura do material do elétrodo positivo pode atingir uma qualidade ajustável do material ativo, alcançando, em última análise, o objetivo de uma densidade de energia elevada e baterias de lítio de alta densidade de potência.
Eléctrodos positivo e negativo da bateria de impressão 3D
Eléctrodo negativo estruturado
Na aplicação de eléctrodos negativos de bateria de lítio, a construção de eléctrodos negativos estruturados de metal de lítio através da impressão 3D pode aumentar a área de superfície específica do eléctrodo, distribuir uniformemente o campo eléctrico total através do eléctrodo poroso, atingir o objectivo de reduzir a densidade de corrente efectiva, a deposição uniforme, e suprimir a expansão do volume do elétrodo, melhorando assim a estabilidade e a segurança do ciclo da bateria. Além disso, a tecnologia de impressão 3D pode ser utilizada para obter a morfologia controlável do material de impressão e o design do modelo. Os métodos de deposição ou fusão eletroquímica podem controlar eficazmente o comportamento de deposição/dissolução do lítio metálico, suprimir o crescimento da dendrite de lítio e atingir o objetivo de ciclo de vida longo das baterias de metal de lítio, resolvendo o problema dos curtos-circuitos da bateria.
Design do diafragma/electrólito sólido
Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de impressão 3D, o electrólito das baterias também pode ser impresso directamente, reduzindo assim os procedimentos de fabrico, o tempo e os custos. No entanto, devido a limitações na estabilidade do ar, os eletrólitos de sulfureto e de alabeto podem não ser adequados para impressão. Portanto, os eletrólitos de polímero e óxido são um tipo de eletrólitos de estado sólido que tem potencial para impressão 3D em todas as baterias de estado sólido.
As membranas de impressão 3D conseguem um design racional da estrutura de membrana e um fluxo de iões uniforme, reduzindo a formação de dendritos de lítio. Para alcançar uma elevada condutividade de iões em baterias de lítio de estado sólido, é normalmente necessário incorporar eletrólitos sólidos no material ativo do elétrodo positivo. Esta interface sólida deve ser perfeita e ter flexibilidade suficiente para atender às mudanças geométricas causadas pelo processo de carga e descarga. A impressão 3D pode otimizar a estrutura da interface para atender aos rigorosos requisitos de interface sólida em baterias de lítio metálico de estado sólido.
Fornecedor Auditado 
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