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黑石着眼于为特斯拉开发3D打印固态电池

时间:2021-01-31 08:51 来源:3D科学谷 作者:中国3D打印网 阅读:

       3D打印技术自诞生以来,已经应用到医疗、军工、航天、汽车、电子等各个领域。此外,其在锂离子电池、锂氧电池、锌离子电池等储能体系中也得到了初步应用。近日,瑞士公司Blackstone Resources-黑石资源凭借其专有的3D打印-增材制造技术(用于打印锂离子固态电池)取得了一系列重要的里程碑。

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©黑石资本

或是新的范式转移?

block 迈过原型的门槛

       Blackstone Resources-黑石资源一直通过其德国子公司Blackstone Technology GmbH投资于下一代电池技术。这包括获得专利的3D打印技术和对电池批量生产的研究,事实证明,3D打印技术可提供更大的能量密度和更多的充电周期。

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©黑石资本

     与使用液体电解质的传统电池设计相比,根据3D科学谷的了解,黑石技术的3D打印工艺具有明显的优势。这些措施包括显着降低成本,提高电池尺寸的生产灵活性以及使能量密度提高20%。

      此外,通过使用3D打印技术,可以将不存储能量的材料(即铜和铝)的数量减少多达10%。可以独立于电极化学性质实现这些优点。根据黑石技术有限公司首席执行官Holger Gritzka,结合迄今为止在3D打印电池技术方面的发展,这一发展为固态电池的大规模生产铺平了道路。除了汽车工业等主要市场之外,船舶应用和新型5G无线网络还将受益于3D打印固态电池可以提供的优势。

     特斯拉的首席执行官Elon Musk谈过获得下一代电池技术以及生产这些电池所需的原材料的重要性。即使采用旨在减少所需电池材料量的新技术,Elon Musk 预计,下一代电池将使用更少的电池金属(例如钴),而使用更多的镍和锂。

     实际上,随着特斯拉与大型汽车制造商的加盟,对所有这些金属的需求可能会显着增加,目前大型汽车制造商也开始推出其首批电动汽车,并计划为其所有汽车系列电动化。

       黑石资源公司开发并测试了3D打印电池,该电池在电池密度、充电周期和成本方面均取得了显着改善。这家瑞士公司还开发了一种工作流程,可使用专有的电池打印技术在2021年以各种形状或形式批量生产这些电池。在开发和测试了这项技术之后,黑石资源公司准备迈出下一步。为了通过这种3D打印技术获得最高的效率和最大的利用,该公司计划生产3D打印的固态电池。

      这可能会改变固态电池的发展,自动化3D打印生产过程可以节省多达70%的用于生产固态电池的传统资本支出。固态电池也更安全,因为它们不使用对环境更有害的易燃液体电解质。目前根据中国3D打印网的了解,黑石德国开发的首批固态电池原型已经过测试。该公司计划在不久的将来将这些固态电池进行批量生产。

这些电池原型的生产将证明黑石资源公司可以3D打印大量生产所需的电池复合材料、外壳和固态电解质。除黑石集团外,现在还有众多竞争公司争相将下一代电池技术推向市场。在提供下一代技术(包括固态电池和新的先进制造技术)方面,这些公司可能会击败特斯拉。对于特斯拉来说,这应该不是一个问题,因为特斯拉拥有大量的资本,并可以通过有针对性的收购迅速加快步伐。

block 风云际会的新能源

在国内,此前,苏州大学能源学院教授孙靖宇与中国科学院院士、北京大学教授刘忠范团队构建出3D打印硫正极,并获得了具有高倍率性能和高面容量的锂硫电池。相关技术还可推广到其他新兴的储能设备,为发展新型、高效、规模化的电极构筑方法提供重要借鉴。相关研究成果近日发表在国际能源领域高水平期刊《纳米能源》杂志上。

近年来,为了提高活性材料硫的利用率、改善锂硫电池的电化学性能,科研人员进行了大量探索性研究,努力寻找适合的硫宿主材料、黏合剂以及电解质。

虽然这些领域目前都取得了许多研究进展和成果,但大部分锂硫电池体系仍存在硫负载量低、面容量低、电解液使用过量等问题,远远不能满足实际应用和商业化要求。已有相关研究表明,导致现行锂硫电池能量密度不足、电池循环寿命短的重要因素之一就是多硫化物的“穿梭效应”。

刘忠范和孙靖宇团队长期关注并开展烯碳能源材料及应用技术研究。近年来,他们从3D打印技术中找到了新的突破思路和启示。3D打印技术具有诸多优势,如有助于构建具有多级孔结构的自支撑无集流体电极,并利于离子和电子的快速传输。3D打印技术通过控制打印层数实现控制电极材料负载量,突破了常规涂覆法制备电极的厚度限制,从而可获得具有高单位面容量的电池系统。在实际应用方面,可满足定制化和规模化储能器件的构筑需求。

然而,面向能量存储应用领域的3D打印技术目前仍存在许多关键瓶颈,比如电极的打印精度对设备配置提出更高的要求、打印墨汁的制备工艺亟待系统探索,以及缺乏规模化印刷装备等。

(责任编辑:中国3D打印网)

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