近日，專注于電池技術(shù)的瑞士投資公司Blackstone Resources（以下簡(jiǎn)稱“黑石”）宣布，在公司位于德國D?beln的新制造工廠中已經(jīng)開始按了3D打印電池的批量化生產(chǎn)。

為了進(jìn)軍電動(dòng)汽車市場(chǎng)，黑石于2019年成立了德國研發(fā)子公司“黑石科技”。在過去兩年里，該公司一直在開發(fā)和完善用于鋰離子電池生產(chǎn)的3D打印技術(shù)。

使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)電池

黑石科技表示，如今的電解液電池生產(chǎn)線往往一次只能生產(chǎn)一種電池。同時(shí)，電池生產(chǎn)所需要的能源設(shè)備通常非常昂貴，并且還要使用危險(xiǎn)的溶劑作為電極原材料。

對(duì)此黑石科技開發(fā)的“厚層技術(shù)”（Thick Layer Technology）旨在作為一種靈活且更具成本效益的替代方案，在使用環(huán)保材料的同時(shí)涵蓋更廣泛的電池類型制造。由于3D打印過程的動(dòng)態(tài)特性，黑石科技表示甚至可以根據(jù)客戶的要求定制電池單元的大小和形狀。

與傳統(tǒng)制造的同類產(chǎn)品相比，該工藝使該公司生產(chǎn)的電池能量密度提高約20%，密度高達(dá) 220Wh/kg，另外還可節(jié)省高達(dá)15%的空間、節(jié)約20€/kWh的材料成本以及降低23%的生產(chǎn)能耗。

■黑石科技位于德國D?beln的制造工廠（來源：黑石科技）

黑石科技的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Ulrich Ernst補(bǔ)充說：“該專利工藝依賴一種環(huán)保的純水工藝，可將廢料減少50%。通過這種方式，我們正在為交通轉(zhuǎn)型和應(yīng)對(duì)氣候變化做出重要且可持續(xù)的貢獻(xiàn)?！?/p>

雖然黑石科技開始使用3D打印生產(chǎn)鋰離子電池，但該公司相信這種技術(shù)也能適用于其他類型電池，比如在固態(tài)電池上可以使能量密度再增加70%。

爭(zhēng)取10GWh產(chǎn)能

黑石科技已將其初始的年產(chǎn)能目標(biāo)設(shè)定為500MGh，預(yù)計(jì)將在2022年底前達(dá)到。盡管尚未確定時(shí)間表，但公司計(jì)劃第二階段的目標(biāo)是每年5GWh，第三階段的最終目標(biāo)是超過 10GWh。

根據(jù)黑石科技董事總經(jīng)理Holger Gritzka的說法，該公司的長期目標(biāo)是每秒生產(chǎn)電池。愿景是通過一個(gè)機(jī)器園區(qū)可以快速、準(zhǔn)確地打印出不同形狀、不同電極和電解質(zhì)材料的電池。最終達(dá)到大規(guī)模生產(chǎn)電池的目標(biāo)。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，該公司于2022年將D?beln生產(chǎn)基地的員工人數(shù)從14人擴(kuò)充至38人，并從萊比錫、開姆尼茨和德累斯頓等鄰近城市招募員工。同時(shí)，黑石已經(jīng)在與合作伙伴Liovolt（一家總部位于德國的能源公司）合作開發(fā)雙極電池設(shè)計(jì)。鋰離子電池將包括多個(gè)串聯(lián)連接的堆疊電極，其中陰極和陽極材料將放置在公共電極載體上。

■黑石科技采用3D打印鋰離子電池（來源：黑石科技）

黑石科技母公司CMO Serhat Yilmaz表示：“下一步，公司將與合作伙伴一同開發(fā)電池系統(tǒng) ecovolta，并且與Voith SE和Orten Electric Trucks合作，目標(biāo)是為電動(dòng)巴士配備電池技術(shù)?！?/p>

儲(chǔ)能設(shè)備的3D打印在很大程度上還是一個(gè)利基市場(chǎng)，大部分工作仍處于研究階段。2021年10月，瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的研究人員就使用3D打印制造了一種可持續(xù)的新型超級(jí)電容器。這塊電池通過全過程打印，由柔性纖維素和甘油基板組成并用導(dǎo)電碳和石墨墨水圖案化，能夠承受數(shù)千次的充電循環(huán)，同時(shí)還能維持容量。

同時(shí)， 3D打印儲(chǔ)能設(shè)備專家Sakuu Corporation（前身為KeraCel）最近開始建設(shè)一個(gè)新的試驗(yàn)設(shè)施，用于生產(chǎn)自己的3D打印固態(tài)電池。這條試驗(yàn)線預(yù)計(jì)將于2022年初完工，每年可生產(chǎn)高達(dá)2.5MWh的固態(tài)電池。