与目前的锂离子电池技术相比,3D打印固态电池具有将能量密度提高一倍,制造成本降低一半的潜力。
3D打印固态电池的比较优势
当前最先进的电池生产面临的一些弱点:
-
不够灵活,无法支持必须与产品设计相匹配的组件设计
-
它仍然太昂贵(目标:<80US $ / kWh)
-
不适用于未来的设计,例如全固态电池
-
提供的能量密度仍然太低(目标:600英里且> 300Wh / kg)
-
原材料仍然不安全
-
碳排放仍然太高
3D打印的“多孔”电极可提高能量密度。可以将电极中的材料打印成三维晶格结果。晶格意味着电极具有更大的暴露表面积,增大化学反应面积,电池效率更高。另外,3D打印电池模块不需要多余的物质即可以实现一体化。想象一下,特斯拉85kWh电池组由7104个电池组成,将7104块电池粘合在一起的胶水和电线的重量相当大了。但是如果这些变成是增材制造过程的一部分,而不是多余的材料,能量密度将大大提高
与使用液体电解质的传统电池设计相比,Blackstone Technology的3D打印工艺具有明显的优势。显著降低成本,提高电池尺寸的生产灵活性,可以不依赖电极化学性质而实现这些优点。
Blackstone的3D打印固态电池技术,解决了这些弱点:
-
3D打印锂离子电池生产已经成熟,且有专利,在生产过程中可提供最大的灵活性;
-
可节省30%的CAPEX和10%的OPEX,而采用固态技术时,可节省70%的CAPEX和30%的OPEX;
-
世界上第一个3D打印生产工艺,可以批量生产固态电池;
-
可将能量密度提高20%,用固态技术时可提高100%;
-
利用自身资源来缩短供应链,并确保长期获取电池材料;
-
通过将干燥过程减少50%,可将能源消耗降低25%,这是电池组电池最重要的制造成本——占总能源成本的45%至57%。
-
埃隆·马斯克(Elon Musk)承认获得下一代电池技术以及生产这些电池所需的原材料的重要性。即使采用减少电池材料量的新技术,电动汽车的需求也可能很快超过这些车辆所需的电池材料量。
马斯克预计,下一代电池将使用更少的电池金属(例如钴),而使用更多的镍和锂。实际上,随着特斯拉与大型汽车制造商的入局,所有这些金属的需求可能会大幅增加,大型汽车制造商也开始推出电动汽车,并计划把全部汽车都电动化。
Blackstone Resources开发并测试了3D打印电池,获得欧洲“地平线2020”计划资助,在电池密度,充电周期和成本方面均取得了显著成绩。这家瑞士公司还开发了一种工作流程,可使用专有的电池打印技术在2021年以各种形状或形式来批量生产这些电池,充电速度最大可以提高大约六倍。
利用3D打印工艺技术,美国Keracel能够将陶瓷电解质厚度降低到100um,长期目标是达到15um。这些技术进步将使Keracel陶瓷电池能够提供1200Wh/L的能量密度,这大约是标准锂离子电池的两倍,并且能够满足工业和汽车企业应用中高倍率需要。
当然,对于特斯拉来说,因为股价高,资本充足,可以通过有针对性的收购迅速加快步伐。