Japan innser bruken av 3D-utskrift for å produsere alt-solid state-batterier
Professor Honma ved Tohoku University og assistent Kobayashi Hiroaki og andre har utviklet teknologien for å lage solid state-batterier med 3D-skrivere. Bruk materialer som fritt kan endre hardhet når du lager. Batterier kan gjøres på bare noen få timer uten de høye temperaturprosessene som kreves tidligere. Det prøveproduserte batteriet har motstått ulike ytelsestester og har viss ytelse, noe som forventes å bidra til tidlig praktisk bruk av solid state-batterier.
Elektrolytten er en av de viktige komponentene i batteriet og er vanligvis i flytende tilstand, men elektrolytten til et helt solid state-batteri er solid, og risikoen for brannulykker er liten. En annen funksjon ved denne typen batteri er at det kan øke lagringskapasiteten per enhetsvolum ved å stable batterier. Det er etterlengtet som et neste generasjons batteri som kan utvide marsjområdet til rene elektriske biler (elbiler).
Den utviklede elektrolyttmembranen har samme mykhet som en myk kontaktlinse (bilde med tillatelse fra Kitto University, Japan)
Hovedstrømmen til solid state-batterier er å trykke sterkt på elektrodene og elektrolyttmaterialene, og varme dem til hundrevis av grader Celsius. Oppvarmingsprosessen er imidlertid kostbar, og det er et tilfelle av termisk sprekkdannelse. Samtidig er det fortsatt et problem. På grunn av elektrolyttens hardhet, når den positive elektroden og den negative elektroden gjentatte ganger ekspanderer og trekker seg sammen med lading og utladning, kan de to ikke være nært festet, noe som resulterer i dårlig batteriytelse.
Forskerteamet forsket på fabrikasjon av fleksible elektrolyttmembraner for faststoffbatterier. Når en spesiell væske som letter bevegelsen av litiumioner blandes med silisiumoksid, kan en glassfilm som ligner en myk kontaktlinse dannes. Mykheten kan justeres ganske enkelt ved å endre mengden silika.
Denne gangen halverte forskerteamet mengden silisiumoksid som finnes i elektrolyttmembranen, noe som gjør den gellignende. Den blandes deretter med en harpiks som størkner når den utsettes for ultrafiolett lys, og kan formes ved hjelp av en 3D-skriver.
Reduser konsentrasjonen av silisiumoksid i elektrolytten for å lage elektrolyttgellignende, og produksjon av batteriet gjennom en 3D-skriver (bilde med tillatelse fra Tohoku University, Japan)
Eksperimenter har bekreftet at ved å endre elektrolytten, litiumkoboltoksid for den positive elektroden, litium titanate for den negative elektroden, etc. til gellignende materialer, kan batteriet gjøres av en 3D-skriver alene. Det sies at det kan produseres på omtrent to timer.
Det kan gjøres ved ganske enkelt å belegge materialet og bestråle det med ultrafiolette stråler uten oppvarming ved høy temperatur, noe som i stor grad kan redusere produksjonskostnadene. Den fleksible elektrolytten er mindre utsatt for sprekker og passer mykt selv når medlemmet utvider seg og trekker seg sammen.
Det prøveproduserte batteriet kan lades og lades ut i mer enn 100 ganger. Sikkerheten er også bekreftet av branntester mv. Professor Honma sa: "Så lenge dataene er lagt inn, kan størrelsen og formen endres etter ønske."
Problemet med praktisk anvendelse er at elektrolyttens ioniske ledningsevne ikke er høy nok. Siden litiumioner ikke kan bevege seg jevnt, er det vanskelig å frigjøre store mengder energi på et øyeblikk.
Forskerteamet vil justere sammensetningen av materialet med mål om å forbedre ionisk ledningsevne. Eksperimenter med den utviklede batteridrevne bilen har vært vellykket, og nådde en toppfart på 30 kilometer i timen. Forskerne vil gjøre iterative forbedringer for å øke utgangseffekten og vurdere å installere den på rene elbiler. Vi vil også kraftig utvikle katodematerialer med høy energitetthet.
Målet med første fase er å realisere praktisk anvendelse i strømforsyningen til sensorer og bærbare terminaler.
