根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)了解，3D打印技術(shù)自誕生以來(lái)，已經(jīng)應(yīng)用到醫(yī)療、軍工、航天、汽車、電子等各個(gè)領(lǐng)域。此外，其在鋰離子電池、鋰氧電池、鋅離子電池等儲(chǔ)能體系中也得到了初步應(yīng)用。

近日，瑞士公司Blackstone Resources-黑石資源憑借其專有的3D打印-增材制造技術(shù)（用于打印鋰離子固態(tài)電池）取得了一系列重要的里程碑。

黑石資本

或是新的范式轉(zhuǎn)移？

邁過(guò)原型的門(mén)檻

Blackstone Resources-黑石資源一直通過(guò)其德國(guó)子公司Blackstone Technology GmbH投資于下一代電池技術(shù)。這包括獲得專利的3D打印技術(shù)和對(duì)電池批量生產(chǎn)的研究，事實(shí)證明，3D打印技術(shù)可提供更大的能量密度和更多的充電周期。

黑石資本

與使用液體電解質(zhì)的傳統(tǒng)電池設(shè)計(jì)相比，根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，黑石技術(shù)的3D打印工藝具有明顯的優(yōu)勢(shì)。這些措施包括顯著降低成本，提高電池尺寸的生產(chǎn)靈活性以及使能量密度提高20％。

此外，通過(guò)使用3D打印技術(shù)，可以將不存儲(chǔ)能量的材料（即銅和鋁）的數(shù)量減少多達(dá)10％?？梢元?dú)立于電極化學(xué)性質(zhì)實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)黑石技術(shù)有限公司首席執(zhí)行官Holger Gritzka，結(jié)合迄今為止在3D打印電池技術(shù)方面的發(fā)展，這一發(fā)展為固態(tài)電池的大規(guī)模生產(chǎn)鋪平了道路。除了汽車工業(yè)等主要市場(chǎng)之外，船舶應(yīng)用和新型5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)還將受益于3D打印固態(tài)電池可以提供的優(yōu)勢(shì)。

特斯拉的首席執(zhí)行官Elon Musk談過(guò)獲得下一代電池技術(shù)以及生產(chǎn)這些電池所需的原材料的重要性。即使采用旨在減少所需電池材料量的新技術(shù)，Elon Musk 預(yù)計(jì)，下一代電池將使用更少的電池金屬（例如鈷），而使用更多的鎳和鋰。

實(shí)際上，隨著特斯拉與大型汽車制造商的加盟，對(duì)所有這些金屬的需求可能會(huì)顯著增加，目前大型汽車制造商也開(kāi)始推出其首批電動(dòng)汽車，并計(jì)劃為其所有汽車系列電動(dòng)化。

黑石資源公司開(kāi)發(fā)并測(cè)試了3D打印電池，該電池在電池密度、充電周期和成本方面均取得了顯著改善。這家瑞士公司還開(kāi)發(fā)了一種工作流程，可使用專有的電池打印技術(shù)在2021年以各種形狀或形式批量生產(chǎn)這些電池。

在開(kāi)發(fā)和測(cè)試了這項(xiàng)技術(shù)之后，黑石資源公司準(zhǔn)備邁出下一步。為了通過(guò)這種3D打印技術(shù)獲得最高的效率和最大的利用，該公司計(jì)劃生產(chǎn)3D打印的固態(tài)電池。

這可能會(huì)改變固態(tài)電池的發(fā)展，自動(dòng)化3D打印生產(chǎn)過(guò)程可以節(jié)省多達(dá)70％的用于生產(chǎn)固態(tài)電池的傳統(tǒng)資本支出。固態(tài)電池也更安全，因?yàn)樗鼈儾皇褂脤?duì)環(huán)境更有害的易燃液體電解質(zhì)。

目前根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，黑石德國(guó)開(kāi)發(fā)的首批固態(tài)電池原型已經(jīng)過(guò)測(cè)試。該公司計(jì)劃在不久的將來(lái)將這些固態(tài)電池進(jìn)行批量生產(chǎn)。

這些電池原型的生產(chǎn)將證明黑石資源公司可以3D打印大量生產(chǎn)所需的電池復(fù)合材料、外殼和固態(tài)電解質(zhì)。

除黑石集團(tuán)外，現(xiàn)在還有眾多競(jìng)爭(zhēng)公司爭(zhēng)相將下一代電池技術(shù)推向市場(chǎng)。在提供下一代技術(shù)（包括固態(tài)電池和新的先進(jìn)制造技術(shù)）方面，這些公司可能會(huì)擊敗特斯拉。對(duì)于特斯拉來(lái)說(shuō)，這應(yīng)該不是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樘厮估瓝碛写罅康馁Y本，并可以通過(guò)有針對(duì)性的收購(gòu)迅速加快步伐。

風(fēng)云際會(huì)的新能源

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，在國(guó)內(nèi)，此前，蘇州大學(xué)能源學(xué)院教授孫靖宇與中國(guó)科學(xué)院院士、北京大學(xué)教授劉忠范團(tuán)隊(duì)構(gòu)建出3D打印硫正極，并獲得了具有高倍率性能和高面容量的鋰硫電池。相關(guān)技術(shù)還可推廣到其他新興的儲(chǔ)能設(shè)備，為發(fā)展新型、高效、規(guī)?；碾姌O構(gòu)筑方法提供重要借鑒。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在國(guó)際能源領(lǐng)域高水平期刊《納米能源》雜志上。

近年來(lái)，為了提高活性材料硫的利用率、改善鋰硫電池的電化學(xué)性能，科研人員進(jìn)行了大量探索性研究，努力尋找適合的硫宿主材料、黏合劑以及電解質(zhì)。

雖然這些領(lǐng)域目前都取得了許多研究進(jìn)展和成果，但大部分鋰硫電池體系仍存在硫負(fù)載量低、面容量低、電解液使用過(guò)量等問(wèn)題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際應(yīng)用和商業(yè)化要求。

已有相關(guān)研究表明，導(dǎo)致現(xiàn)行鋰硫電池能量密度不足、電池循環(huán)壽命短的重要因素之一就是多硫化物的“穿梭效應(yīng)”。

劉忠范和孫靖宇團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期關(guān)注并開(kāi)展烯碳能源材料及應(yīng)用技術(shù)研究。近年來(lái)，他們從3D打印技術(shù)中找到了新的突破思路和啟示。

3D打印技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，如有助于構(gòu)建具有多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的自支撐無(wú)集流體電極，并利于離子和電子的快速傳輸。3D打印技術(shù)通過(guò)控制打印層數(shù)實(shí)現(xiàn)控制電極材料負(fù)載量，突破了常規(guī)涂覆法制備電極的厚度限制，從而可獲得具有高單位面容量的電池系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用方面，可滿足定制化和規(guī)?；瘍?chǔ)能器件的構(gòu)筑需求。

然而，面向能量存儲(chǔ)應(yīng)用領(lǐng)域的3D打印技術(shù)目前仍存在許多關(guān)鍵瓶頸，比如電極的打印精度對(duì)設(shè)備配置提出更高的要求、打印墨汁的制備工藝亟待系統(tǒng)探索，以及缺乏規(guī)?；∷⒀b備等。