Japan indser brugen af ​​3D-printning til fremstilling af hel-solid-state batterier

Japans's Tohoku University-professor Motoge og assistent Kobayashi Hiroaki og andre har udviklet teknologien til at bruge en 3D-printer til at lave solid-state-batterier. Når du laver, skal du bruge materialer, der frit kan ændre hårdheden. Det tager kun et par timer at lave et batteri, og der er ingen grund til at udføre den højtemperaturproces, som var påkrævet tidligere. Det prøveproducerede batteri har bestået forskellige ydelsestests og har en vis ydeevne, som forventes at bidrage til den tidlige praktiske brug af all-solid-state batterier.

Elektrolyt er en af ​​batteriets hovedkomponenter, normalt i flydende tilstand, men elektrolytten i et faststofbatteri er fast, og der er mindre risiko for brandulykker. En anden egenskab ved dette batteri er, at batteriet kan stables for at øge lagerkapaciteten pr. volumenhed. Det er meget ventet som en ny generation af batteri, der kan udvide rækkevidden af ​​rene elektriske køretøjer (EV).

Den udviklede elektrolytmembran har samme fleksibilitet som bløde kontaktlinser

Hovedstrømmen af ​​hel-solid-state batterier er at presse elektroderne og elektrolytmaterialerne kraftigt sammen og opvarme dem til hundredvis af grader Celsius. Opvarmningsprocessen kræver dog omkostninger, og der er tilfælde af termisk revnedannelse. Samtidig er der et problem. Fordi elektrolytten er hård, når den positive elektrode og den negative elektrode gentagne gange udvider sig og trækker sig sammen med opladning og afladning, kan de to ikke fastgøres tæt, hvilket resulterer i dårlig batteriydelse.

Forskerholdet forskede i produktionen af ​​bløde elektrolytmembraner til hel-solid-state batterier. Efter blanding af en speciel væske, der er befordrende for bevægelsen af ​​lithiumioner og siliciumoxid, kan der dannes en glasfilm, der ligner bløde kontaktlinser. Så længe mængden af ​​siliciumoxid ændres, kan blødheden justeres.

Denne gang reducerede forskerholdet mængden af ​​siliciumoxid indeholdt i elektrolytmembranen til det halve og forvandlede den til en gel. Derefter blandes det med harpiksen, der vil blive størknet af ultraviolet stråling, og så kan det støbes med en 3D-printer.

Eksperimenter har vist, at ved at omdanne elektrolytten, lithiumcoboltoxid til den positive elektrode og lithiumtitanat til den negative elektrode til gel-lignende materialer, kan et batteri fremstilles med kun en 3D-printer. Det siges, at det kan fremstilles på omkring to timer.

Reducer koncentrationen af ​​siliciumoxid i elektrolytten, gør elektrolytten til en gel, og lav et batteri gennem en 3D-printer

Det kan fremstilles ved at belægge materialet og bestråle det med ultraviolette stråler uden højtemperaturopvarmning, hvilket i høj grad kan reducere fremstillingsomkostningerne. Den fleksible elektrolyt er ikke let at knække, og selvom komponenten udvider sig og krymper, kan den blødt fastgøres.

Det prøveproducerede batteri kan stabilt oplade og aflade mere end 100 gange. Sikkerheden er også blevet bekræftet af brandtest osv. Professor Honma sagde,"Så længe du indtaster data, kan størrelsen og formen ændres efter behag."

Problemet med praktisk anvendelse er, at elektrolyttens ionledningsevne ikke er høj nok. Fordi lithium-ioner ikke kan bevæge sig jævnt, er det svært at frigive enorm energi øjeblikkeligt.

Forskerholdet vil justere sammensætningen af ​​materialet med det mål at forbedre ionledningsevnen. Eksperimentet med at bruge det udviklede batteri til at køre bilen har været vellykket, og forsøgets maksimale hastighed nåede 30 kilometer i timen. Forskere vil foretage forbedringer gentagne gange for at øge udgangseffekten og overveje at installere det på rene elektriske køretøjer. Det vil også kraftigt udvikle katodematerialer med høj energitæthed.

Den første fase af målet er at opnå praktisk anvendelse i strømforsyningen af ​​sensorer og bærbare terminaler.