3D打印动力电池会成为能源转型的下一个出口吗？

本报记者王
3D打印技术可以打印电动车电池吗？新技术的应用会给新能源时代带来哪些改变或颠覆？
目前世界上很多公司都在尝试研发3D打印电池，并期望投放市场。
虽然3D打印能源设备的市场仍处于发展初期，但一些公司正在尝试将相关技术商业化。例如，瑞士投资公司黑石资源(Blackstone Resources)的目标是到2025年推出一种新的3D打印钠离子电池。固态电池技术开发商Sakuu Corporation(原KeraCel Inc)也打算在2023年推出高性能3D打印电池。此前，该公司透露其第一代非打印锂金属电池达到了800Wh/L的能量密度(即每升锂离子电池电解液800瓦时的能量)，这将有助于该公司在未来实现全3D打印高性能固态电池。
Sakuu固态电池，图片来自Sakuu公司
英国3D打印机制造商Photocentric也加入了前述行列。该公司成立了一个专门的电池研发中心。d部门设计带有3D打印电池电极的节能存储设备，并计划在未来使用其技术为特斯拉的Giga工厂生产经济型燃料电池。
根据研究机构战略市场研究，预计2020年至2030年，3D打印电池市场将以19.53%的复合年增长率扩张。能源需求的持续增长以及可穿戴设备和物联网(IoT)传感器的发展正在推动3D打印电池市场的增长。具体来说，对节能电池日益增长的需求是推动这一市场增长的主要因素。根据国际可再生能源机构(IRENA)的数据，到2030年，全球需要约150千兆瓦的电池存储才能满足近45%的可再生能源发电的理想目标。
在3D打印电池市场的终端用户方面，“储能装置”部分占据了很大的市场份额。储能器件可广泛应用于不同领域，如笔记本电脑、手机、电动车等。2021年全球电动汽车销量约为675万辆，2022年约为950万辆，较2020年增长108%。
随着电动汽车行业的快速发展，锂离子电池仍然是该行业不可或缺的一部分。美国在2022年第一季度进口了超过14万吨锂离子电池，比上一季度增长了153.9%。本季度美国进口的锂离子电池中，77.5%来自中国。因此，美国公司也开始探索3D打印电池技术，以进一步减少对进口材料的依赖。
图片来自6K公司
今年5月，美国3D打印材料开发商6K在D轮融资中成功融资1.02亿美元，用于扩大锂电池3D打印金属粉末和正极材料的产能，以应对锂离子电池市场需求的快速增长。
6K公司首席执行官亚伦本特(Aaron Bent)表示，“由于电动汽车的增长以及电信备份、数据中心和电厂等关键基础设施的需求，未来10年锂离子电池市场将增长10倍。”
UniMelt等离子技术系统内部图片，图片来自6K公司
美国6K公司的产品主要集中在其独特的UniMelt等离子技术。在材料生产过程中，这种工艺可以将回收的原材料转化为3D打印金属粉末，有效替代传统的气体雾化或等离子雾化工艺。该公司表示，其工艺可以提高可持续性和生产效率，并降低成本。
2021年4月6K能源部成立卓越中心后，前述技术被用于开发锂离子电池材料。该公司表示，借助其等离子体技术，可以直接控制金属粉末的物理和化学粒子属性，并帮助设计更经济的电动汽车电池组。
为此，6K已经筹集了5100万美元用于电池材料的研发，收购了特种冶金产品公司，并与锂矿巨头雅宝玛合作开发电池。今年8月，6K将斥资3000万美元建立电池卓越中心，推进首个规划产能10至20 GWh的电池负极工厂，并于2024年初投产。
“这项创新技术将有助于实现能量转化和电池价值链的优化。”科赫投资集团旗下科赫战略平台(KSP)总经理Jeremy Bezdek认为，6K公司创造了一个革命性的电池材料生产和回收生态系统，并提供了一种可以使用各种化学品进行综合生产的通用技术。
但总的来说，3D打印能源设备的市场发展还处于初级阶段。
国内，长春交大高能科技有限公司也是全球最早开展3D打印电池技术的产业化企业之一。据悉，该公司自主研发了3D打印电池技术和基于3D打印技术的数字化智能制造解决方案，旨在通过3D打印创新电池正负极的制造工艺。2021年12月，交大高能获得“一种用于复合材料的锂离子电池负极3D打印装置”专利授权。
编辑：李跃群
校对：丁晓