3.石墨烯3D實(shí)驗(yàn)室成功打印出3D打印電池
日前，石墨烯(Graphene)3D實(shí)驗(yàn)室對外宣布其利用3D打印技術(shù)成功打印出3D打印電池，該電池作為結(jié)構(gòu)性多功能電池，其有著巨大的應(yīng)用潛能。其中，Graphene3D實(shí)驗(yàn)室是一家集研發(fā)、生產(chǎn)以及銷售于一體的3D打印公司，其產(chǎn)品主要采用的是Graphene自主研發(fā)的納米復(fù)合材料，同時其產(chǎn)品種類也非常豐富。Graphene3D實(shí)驗(yàn)室所采用的3D打印技術(shù)主要包括熔絲制造技術(shù)，通過利用該技術(shù)其成功研發(fā)打印出了一種石墨烯電池。
Graphene3D實(shí)驗(yàn)室通過將石墨烯納米薄片與熔絲制造的熱塑性塑料相融合，從而最終形成了具有良好導(dǎo)電性能的3D打印絲極。Graphene3D實(shí)驗(yàn)室表示，目前3D打印技術(shù)一般需要對電池的不同組成部件分別進(jìn)行單獨(dú)打印，例如電池所采用的陰極、陽極以及電解質(zhì)等均需要單獨(dú)打印。而一臺可以進(jìn)行多種材料同時打印的3D打印機(jī)可以大大簡化電池的3D打印過程，在一次打印過程中就可以完成整個電池的打印工作。
以上多功能結(jié)構(gòu)電池一經(jīng)推出便吸引了大量研發(fā)團(tuán)隊(duì)的關(guān)注，其中就包括沃爾沃汽車公司、美國高級研究計(jì)劃局-能源部等。同時，美國高級研究計(jì)劃局-能源部還耗資875萬美元分別獎勵了4個相關(guān)的3D打印研究項(xiàng)目。此外，以上多功能結(jié)構(gòu)電池研發(fā)項(xiàng)目的主要目的就是為車輛電池提供一種具有革命性意義的電能存儲方案。該多功能結(jié)構(gòu)電池研發(fā)項(xiàng)目被稱之為"RANGE"項(xiàng)目。Graphene3D實(shí)驗(yàn)室目前已經(jīng)就以上3D打印電池所涉及到的新材料創(chuàng)新和新方法向美國專利局和商標(biāo)局提交了臨時的專利申請。
點(diǎn)評：3D打印+石墨烯=新型電池，這個方程式包括了如今最受熱捧的兩個概念，即3D打印和石墨烯。陰極、陽極以及電解質(zhì)多種材料同時打印，很好的壓縮了整個工序，再加上石墨烯超級材料的特性，提高電池能量密度的同時有利于大規(guī)模生產(chǎn)，給電動汽車產(chǎn)業(yè)帶來了革命性的希望。3D打印石墨烯電池?zé)o疑是2014年鋰電池業(yè)界最耀眼的技術(shù)進(jìn)步。
4.石墨烯+硅材料鋰電池 充電速度快16倍
加州大學(xué)河濱分校的一組研究人員開發(fā)出了一種新架構(gòu)的硅陽極，應(yīng)用在鋰電池中可以使充電過程快16倍。新的設(shè)計(jì)構(gòu)建于3D結(jié)構(gòu)的錐形碳納米管材料之上。可以使電池比原來輕40%，卻能攜帶比原來多60%的電量，將使充電速度快16倍左右。
由于鋰電池被廣泛應(yīng)用，人們也對之進(jìn)行大量的研究改善它們的性能。尋找"完美"的電極材料的研究從未停止過。在商用領(lǐng)域目前的陽極多由石墨碳制成，每克能攜帶370mAh電量(370mAh/g比容量)。而如果用碳納米管制成陽極，可以使性能翻三倍左右，達(dá)到1000mAh/g比容量。而更進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，硅是更好的電池陽極材料。因?yàn)樗邆?200mAh/g比容量。相比目前商用的電池，提供了10倍以上的性能。而直接使用硅陽極并不能在現(xiàn)有的鋰電池結(jié)構(gòu)內(nèi)正常工作。由于硅和鋰會在電池內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)，它會膨脹到4倍正常的大小。
現(xiàn)在，加州大學(xué)河濱分校的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新的架構(gòu)來將硅應(yīng)用在鋰電池的陽極上。不僅能夠使單位重量材料攜帶更多電量，同時能讓充電速度快16倍左右。研究人員首先構(gòu)建了一層石墨烯薄片，并在此基礎(chǔ)上使用柱狀碳納米管構(gòu)建了柱狀的納米結(jié)構(gòu)。最后他們使用溫和的電感耦合等離子體使之柱狀納米管變成錐形結(jié)構(gòu)，最后他們將非晶硅沉積在上面。
應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)的陽極的鋰離子電池在快速充放電循環(huán)中也表現(xiàn)出了極高的穩(wěn)定性，陽極能達(dá)到1954mAh/g(是傳統(tǒng)陽極的五倍性能)。在230次充放電循環(huán)后仍保留有1200mAh/g的比容量。這種電池技術(shù)如果能夠批量生產(chǎn)，相信對智能手機(jī)和電動汽車行業(yè)的影響都十分巨大。
點(diǎn)評：提高電池的能量密度，實(shí)現(xiàn)閃充始終是鋰電池研究的熱門，相比于3D打印石墨烯電池來說，這種石墨烯加硅材料的電池還是處于研發(fā)階段，不過還是從其優(yōu)越的性能表現(xiàn)可以看出該技術(shù)的廣闊的應(yīng)用前景，充電速度快16倍、性能提升10倍以上，這真是值得令人尖叫的技術(shù)，拭目以待該技術(shù)的商用。這項(xiàng)技術(shù)算是在電極材料方面取得的最新進(jìn)展，那么眾所周知鋰電池電解液也是電池的重要組成部分，這方面今年有什么新進(jìn)展呢?
