電池也能3D列印 成大創新研發新成果

3D列印無所不印,但電池也可列印,就令人吃驚。成大材料系教授洪飛義、呂傳盛團隊突破各種技術上的困難,實驗完成3D列印電池,不僅簡化製程、體積小、效率也明顯提高,電池的電容量增加,充放時間亦更短,備受各界矚目。 洪飛義、呂傳盛團隊表示,電動汽、機車電池體積大又重,製程繁瑣費時,10多年來製程都沒有太多改變,近年來3D列印夯,其具備的省時、省耗材、迅速等特性,帶給他們全新的發想,何不研發3D列印電池?目前電動汽、機車電池其關鍵的電極製程至少4道工序,分別為粉末合成、粉末添加黏結劑並攪拌、粉末塗覆與壓延、烘烤,前後費時約24小時。3D列印電池利用飛秒雷射來融化合成的粉末,攝氏溫度上萬度的飛秒雷射在融合過程,將粉末添加黏結劑並攪拌、粉末塗覆與壓延、烘烤等3道工序一次搞定,原本4道工序簡化為2道,只需3分鐘。而合成粉末經雷射融合,一併生成了有可增加電容量的「介金屬層」,傳統製程則需再添加額外物質,以增加電池的電容量。 洪飛義分析指出,3D列印電池因雷射融合生成的「介金屬層」,可有效提高電池的電容量,帶來充電快、體積小、重量輕等優點。堆疊是3D列印的特色,3D列印電池一樣可以堆疊,每一次堆疊,電容量也隨之增加,想要有多少電容量都可以自行堆疊與控制。3D列印電池不僅適合個(客)製化,由於列印所需的時間很短,也意味著大量列印電池的時間是有效率的,擺脫了3D列印不適合大量生產的刻板印象。 洪飛義、呂傳盛團隊投入新興的鎂電池研究多年,3D列印電池也選擇以鎂粉為電池負極材料,利用3D列印堆疊兩層鎂粉合成粉末,電池電容量可達600mAh/g以上,而採一般製程的鎂電池,電容量為500mAh/g。改以3D列印鋰電池,堆疊兩層的電容量為200mAh/g,一般製程的鋰電池其電容量為155 mAh/g。 團隊經過多次的實驗確認,3D列印電池能夠提高電容量,若是採用鎂粉3D列印電池,與鋰、錳、鎳等一般製程的電池相比,其電容量最高可提高3倍。3D列印電池的技術,必需結合粉體工學、冶金凝固學與電化學等專業知知識,非一般實驗室可以掌握;3D列印電池列印技術已在台灣提出專利申請,近期將獲證,材料系研究生洪嘉政的學業論文也會公開刊載創新的3D列印電池技術與理論。 呂傳盛則強調,搜尋相關的文獻與資料,並未發現3D列印固態電池的技術與相關論文,成大可說是第一個將3D列印導入電池製程,已與工研院南分院雷射與積層製造科技中心黃偉欽達成初步合作共識,期盼3D列印電池能夠問世,為產業界注入新氣象。

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