初创企业Sakuu采用3D打印工艺制造固态电池_【IEEE电气电子工程师学会】

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SAKUU

锂离子电池无处不在：智能手机笔记本电脑电动车，甚至手表然而，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依靠电池供电，科学家们正致力于开发重量更轻能量密度更高理想情况下比当今领先技术更安全的新化学物他们表示，下一个前沿领域是固态电池也许还有3D打印电池技术

最近，3D打印初创公司Sakuu（前身为KeraCel）开发了一种固态电池，声称其性能相当于或优于目前的锂离子电池这种小型的3安培小时（Ah）电池大约三节AAA碱性电池的容量是与Sakuu的添加剂制造平台一起生产的该技术允许该公司在一层薄薄的单层上沉积多种材料

Sakku首席技术官Karl Littau对IEEE Spectrum表示：为了获得最高能量密度的电池，我们希望尽量减少所有不增加电池性能的元件的体积这才是印刷真正能够实现的

和许多固态设计一样，Sakuu的电池包括一个锂金属阳极，以及一个分离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活页夹喷射打印工艺（binder jet printing process）在粘合剂喷射中，液体药剂沉积在粉末颗粒的薄层上；目前，Sakuu表示，它可以在一次建造中结合金属喷射和陶瓷粘合剂喷射

Littau不愿透露其印刷陶瓷电解液所用材料的具体细节，只是说电解液技术和制造是每个在固态电池领域工作的人的王冠上的宝石Sakuu也没有提供将其3Ah电池与锂离子电池进行比较的性能数据然而，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

这家总部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一个原型打印机系统升级到第一台自动打印机Littau表示，这将使公司打印电池的能力提高一个数量级或更多

A BLT battery. First comes the bread

the lithium metal anode

followed by lettuce

a coating of graphite. Next, a layer of tomatoes

the first electrolyte

and a layer of bacon

the second electrolyte. Finish it off with another layer of tomatoes and the last piece of bread

the cathode.SECOND BAY STUDIOS/HARVARD SEAS

随着Sakuu规模的扩大，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黑石资源公司（Blackstone Resources）的德国子公司黑石科技（Blackstone Technology）4月份宣布，该公司成功印刷并测试了其第一块可工作的固态电池(一张微型电池袋的照片显示它为一个LED灯条供电）该公司也在为液体电解质电池开发自动化3D打印

与此同时，电池科学家正在努力改进固态化学本身

尽管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，该技术的稳定性也很差几十年来，这一问题一直困扰着电池的商业化道路，哈佛大学SEAS的副教授Xin Li如此表示

问题在于锂金属丝称为树枝晶在每次电池循环中都会在阳极上生长最终，针状枝晶可以穿透电解液到达阴极如果发生这种情况，电池更有可能短路并可能起火安全问题是电动汽车电池的一大问题；在车里，你坐拥在电池的周围，Li告诉IEEE Spectrum

最近，Li和他在哈佛的同事开发了一种独特的方法来抑制枝晶生长其想法是在阳极和阴极之间分层不同稳定性的材料，如三明治中的西红柿和莴苣，以控制和容纳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10000次，而不会有太大的退化

Li说，如果稳定性问题得到解决，那么固态电池将有巨大的机会在电动汽车电池市场扩张然而，当谈到3D打印电池时，他说他对它们的潜力不是很确定一般来说，3D打印速度太慢，他补充说，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

Sakku表示，其3D打印流程的设计考虑到了电动汽车(这家初创公司得到了日本汽车零部件制造商Musashi Seimitsu的支持不过，Littau表示，电动汽车远不是唯一的潜在市场它的印刷平台可以制造任何东西，从两轮摩托车电池到物联网设备和医疗设备的传感器印刷实际上打开了一些有趣的可能性，他说