ハーバード大とイリノイ大、3Dプリンタを使ってリチウムイオンマイクロ電池を作製

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ハーバード大学とイリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の研究チームが、3Dプリンタによってリチウムイオンマイクロ電池の作製を行った。市販のリチウムイオン電池に匹敵する充放電レート、サイクル寿命およびエネルギー密度といった電気化学的性能を微小なスケールで実現したという。2013年6月17日付けの Advanced Materials に論文が掲載されている。

3Dプリンタによるリチウムイオンマイクロ電池の電子顕微鏡写真 (Ke Sun, Teng-Sing Wei, Jennifer Lewis, Shen J. Dillon)

マイクロ電池は通常、固体材料を薄膜状に成膜して形成するが、材料が極薄であるため十分なエネルギーを蓄積できないという問題がある。これを解消するため、研究チームは、3Dプリンタを使ってインク状の電池材料を多層積層してマイクロ電池を作製する方法を考案した。

リチウム酸化物ナノ粒子を含有し、電極活物質として機能するインクを開発した。2種類のインクを正極材および負極材として用い、櫛形に噛み合った微小な電極構造を3Dプリンタで形成。この電極を小さな容器に収め、容器内を電解液で満たすことでマイクロ電池を形成した。高アスペクト比の構造にできるため、従来の薄膜状マイクロ電池と比べて容量を稼ぐことができるという。

3Dプリンタに適用できる電極用インクでは、歯磨き粉をチューブから押し出すときのようにノズルからインクが滑らかに吐出される必要がある。また、吐出後は速やかに固まることが要求される。今回の研究では、これら2つの条件を同時に満たすインクを開発したことで、マイクロ電池の3D印刷が可能になったとする。


発表資料

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