钜大LARGE | 点击量：497次 | 2021年12月21日
新型3D 打印固态电池充放电 10,000 次且性能不下滑，能取代锂电池吗？
锂离子电池无处不在：在智能手机、笔记本电脑、电动汽车中，甚至在您的手表中。然而，随着电子技术变得越来越复杂，以及越来越多的汽车、公共汽车和卡车使用电池供电，科学家们正在努力开发比当今领先技术更轻、能量密度更高且理想情况下更安全的新化学物质。他们说，下一个前沿是固态电池，也许是3D打印电池。
最近，3D打印初创公司Sakuu（前身为KeraCel）开发了一种固态电池，声称其性能“等于或优于”当前锂离子电池的性能。小型3安培小时(Ah)电池——大约相当于三个AAA碱性电池的容量，是与Sakuu的增材制造平台一起生产的。该技术允许该公司将多种材料沉积在一个薄的单层上。
Sakku的首席技术官KarlLittau告诉IEEESpectrum，为了获得最高能量密度的电池，我们希望尽量减少所有对电池性能没有任何影响的元素的体积。这就是印刷真正能够实现的那种事情。
与许多固态设计一样，Sakuu的电池包含锂金属阳极，以及分隔阳极和阴极的陶瓷电解质。相比之下，锂离子电池使用有机液体作为电解质，这增加了电池着火的风险。该公司的3D打印平台基于麻省理工学院开发的粘合剂喷射打印工艺。在粘合剂喷射中，液体试剂沉积在粉末颗粒的薄床上；目前，Sakuu表示它可以将金属喷射和陶瓷粘合剂喷射结合在一个构建中。
该公司表示，其固态电池的能量容量比去年提高了100倍，体积能效提高了12倍以上。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
这家位于加利福尼亚州圣何塞的初创公司预计将在今年晚些时候从原型打印机系统发展为第一台自动打印机。Littau说，这应该可以将公司打印电池的能力提高一个数量级或更多。
随着Sakuu的规模扩大，另一家3D打印公司表示，它通过自己的固态电池设计实现了重要的里程碑。瑞士公司BlackstoneResources的德国子公司BlackstoneTechnology于4月宣布，它成功打印并测试了其首个工作固态电池。（微型电池袋的照片显示它为LED灯带供电。）该公司也在为液体电解质电池开发自动化3D打印技术。
与此同时，电池科学家正在努力改进固态化学本身。
李欣表示，虽然固态锂金属设计长期以来一直被认为是电池的大奖，但由于其高容量和能量密度，该技术也存在稳定性差的问题。这个问题几十年来一直困扰着电池的商业化之路。
问题是锂金属丝，称为“枝晶”。随着每个电池循环在阳极上生长。最终，针状枝晶可以穿透电解质到达阴极。如果发生这种情况，电池更有可能短路并可能着火。安全问题是电动汽车电池的一个大问题。
最近，李和他的哈佛同事开发了一种独特的方法来抑制枝晶生长。这个想法是在阳极和阴极之间分层不同稳定性的不同材料，来控制讨厌的细丝。研究人员表示，他们的实验室原型可以在高电流密度下充电和放电至少10,000次，而性能不会下降太多。
李说，如果稳定性问题得到解决，那么固态电池在电动汽车电池市场有巨大的扩张机会。然而，特别是当谈到3D打印电池时，他说他不太确定它们的潜力。总的来说，3D打印太慢了，他说，并补充说这个过程可能更适合制造微型电池，比如电脑主板和手表中的电池。
就Sakku而言，Sakku表示其3D打印过程是为电动汽车设计的。这家初创公司得到了日本汽车零部件制造商MusashiSeimitsu的支持。不过，Littau表示，电动汽车远不是唯一的潜在市场。它的打印平台可以制造从两轮滑板车电池到物联网设备和医疗设备传感器的所有产品。印刷实际上开启了一些有趣的可能性，他说。
