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通过纳米纤维素来制备高性能锂金属微电池

2019-10-26| 发布者: www.d83w.com | 查看: 1886|原作者: 东部三维网

摘要:通过3D打印纳米纤维素制备高性能锂金属微电池2019-10-14来源:南极熊使用3D打印技术开发电池具有独特的优势,例如产品的小型化,自动成型性以及对宏观微观结构的控制。但是,由于难以印刷金属锂,因

通过3D打印纳米纤维素制备高性能锂金属微电池

2019-10-14来源:南极熊

使用3D打印技术开发电池具有独特的优势,例如产品的小型化,自动成型性以及对宏观微观结构的控制。但是,由于难以印刷金属锂,因此尚未开发3D打印金属锂电池(LMB)。

西北大学曹博士的团队使用纤维素纳米纤维(CNF)3D打印技术制作了首款高性能锂金属微电池(LMB),该技术是地球上最丰富的生物聚合物之一。图1. CNF水溶液具有天然独特的剪切稀化特性,是3D打印油墨的理想选择。首先,当CNF溶解在水中时,纤维素的每个细胞中大量的羟基(每个重复单元6个)在各个纤维之间以及与水分子之间形成强大的氢键。这种强大的氢键导致很高的保水性(高达98%),并赋予油墨独特的粘弹性。其次,由于CNF具有很高的负ζ电动势(≈60mv),因此它可以充当表面活性剂来帮助分散水溶液。中的其他材料。由于这两个特性,CNF可用作增粘剂以优化其他材料的印刷性能。并且该纳米纤维素具有约145-150GPa的高杨氏模量,这有利于在去除水作为支架材料之后保持结构完整性。

图1纤维素纳米纤维印刷锂离子支架的示意图

CNF凝胶独特的剪切稀化特性使其可以印刷LiFePO4电极和稳定的锂离子嵌入式支架。该团队还研究了CNF凝胶的印刷特性,如图2所示。此外,CNF支架的多孔结构还有助于改善离子的可及性和锂阳极的局部电流密度,从而由于锂离子的不均匀插入/解吸也得到抑制。该团队将第一原理密度函数理论与相场模型相结合,并进行了多尺度计算。结果表明,多孔结构具有更均匀的锂沉积。因此,使用3D打印的锂阳极和LiFePO 4阴极构成的全电池在10C的充放电速率下表现出80mAhg 1的高容量,并且即使在3000次循环之后容量保持率为85%。

图2 3D打印的纤维素纳米纤维框架

参考文献:

Cao D,Xing Y,Tantratian K等。关键词:纳米纤维素,3D打印高性能锂金属微电池先进材料,2019年。

贡献者:李健,卢忠良

撰稿人:机械制造系统工程国家重点实验室



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