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2024
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行业新知 | 光固化DLP 3D打印钠-β-氧化铝固态陶瓷电解质
作者：
近日，拉夫堡大学Athanasios Goulas带领的团队在《Applied Materials Today》发表了题Digital light processing of sodium-beta-alumina ceramic electrolytes的研究，重点是通过数字光处理（DLP）技术制造钠-β-氧化铝陶瓷电解质，并评估其在固态电池中的应用。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.apmt.2024.102276
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研究内容
随着能源需求的增加，固态电池（SSB）作为储能技术的未来方向，因其高安全性、性能优越、不可燃性等特点而备受关注。目前主流的锂离子电池面临锂资源稀缺问题，而钠基电池因钠资源丰富且成本低，是锂电池的一个可行替代。钠-β-氧化铝固态电解质（BASE）是一种具有良好钠离子导电性的陶瓷材料。
文章旨在探索通过DLP增材制造技术来制造钠-β-氧化铝固态电解质，并测试其应用于固态电池中的潜力。研究的主要目标包括：
·制备高固含量陶瓷树脂，并利用DLP技术进行成型；
·烧结并致密化样品，测试其离子导电性和物理性能；
·评估DLP技术在制造复杂几何形状电解质结构中的应用潜力。
△图1，[a]磨削前（AR）前后粒径的频率分布图（PBM）。[b]和[c]扫描电镜分别为接收和球磨粉末。
△图2，行星球磨（AR）基层陶瓷（PBM）前后的室温XRD图案。
△图3，[a]剪切速率为30 s -1时分散剂浓度（wt.%）对碱性陶瓷树脂悬浮液粘度的影响，[b]对BYK分散剂-111（B111）浓度的影响。
△图4，[a]基础陶瓷悬浮液的剪切速率与粘度和[b]剪切速率与剪切应力的关系（体积%）。
△图5，光引发剂（TPO）浓度对陶瓷树脂固化深度的影响。
△图6，基固体加载对固化膜的[a]厚度和[b]通过固化曲线的斜率计算的渗透深度的影响。
△图7，[a]46%基陶瓷树脂的热分解曲线和[b]使用的热粘结剂去除方案。
△图8，在不同放大倍数下的表面的扫描电子显微图。
△图9，烧结前后碱基的[a] RT-XRD模式和组成相的[b]相对强度。
△图10，在RT-600◦C中附加制造的基础测试样品的离子电导率和[b]活化能计算的[a]阻抗谱和等效电路。
△图11，使用BASE打印（上两个）和密度（下两个）叠加制造几何图形的例子。
研究结论
本研究首次证明了通过DLP增材制造技术可以成功制造出钠-β-氧化铝固态电解质，并展示了其在固态电池应用中的巨大潜力。DLP技术能够制造出具有复杂几何形状的电解质结构，且具有高离子导电性和高密度。这一制造工艺为未来全固态电池（All-Solid-State Battery, ASSB）的规模化生产提供了可能性，并为复杂电池结构的设计和优化提供了新思路。
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