Японія усвідомлює використання 3D-друку для виробництва повністю твердотільних батарей

Професор Японського університету Тохоку' Мотоге і асистент Кобаяші Хіроакі та інші розробили технологію використання 3D-принтера для виготовлення повністю твердотільних батарей. При виготовленні використовуйте матеріали, які можуть вільно змінювати твердість. Виготовлення батареї займає всього кілька годин, і немає необхідності проводити високотемпературний процес, який був необхідний раніше. Акумулятор пробного виробництва витримав різні випробування продуктивності та має певну продуктивність, що, як очікується, сприятиме ранньому практичному використанню повністю твердотільних батарей.

Електроліт є одним з основних компонентів батареї, зазвичай у рідкому стані, але електроліт повністю твердотільного акумулятора є твердим, і є менший ризик пожежі. Ще одна особливість цієї батареї полягає в тому, що батарею можна укладати в один стопку для збільшення ємності на одиницю об’єму. Його дуже очікують як акумулятор нового покоління, який може розширити діапазон чисто електромобілів (EV).

Розроблена електролітна мембрана має таку ж гнучкість, як і м’які контактні лінзи

Основним напрямком використання повністю твердотільних батарей є примусове притискання електродів і електролітних матеріалів разом і нагрівання їх до сотень градусів Цельсія. Однак процес нагріву вимагає витрат, і бувають випадки термічного розтріскування. Водночас є проблема. Оскільки електроліт твердий, коли позитивний електрод і негативний електрод багаторазово розширюються і стискаються під час заряджання та розрядження, вони не можуть бути щільно приєднані, що призводить до поганої роботи акумулятора.

Дослідницька група провела дослідження з виробництва м’яких електролітних мембран для повністю твердотільних акумуляторів. Після змішування спеціальної рідини, яка сприяє переміщенню іонів літію та оксиду кремнію, може утворитися скляна плівка, схожа на м’які контактні лінзи. Поки кількість оксиду кремнію змінюється, м’якість можна регулювати.

Цього разу дослідницька група вдвічі зменшила кількість оксиду кремнію, що міститься в електролітній мембрані, перетворивши її на гель. Потім його змішують зі смолою, яка затвердіє під дією ультрафіолетового випромінювання, а потім її можна формувати за допомогою 3D-принтера.

Експерименти довели, що перетворюючи електроліт, оксид літію-кобальту для позитивного електрода і титанат літію для негативного електрода в гелеподібні матеріали, акумулятор можна зробити лише за допомогою 3D-принтера. Кажуть, що його можна виготовити приблизно за дві години.

Зменшити концентрацію оксиду кремнію в електроліті, перетворивши електроліт в гель, і зробити акумулятор через 3D-принтер

Його можна виготовити шляхом покриття матеріалу та опромінення його ультрафіолетовими променями без високотемпературного нагрівання, що може значно знизити вартість виготовлення. Гнучкий електроліт нелегко зламати, і навіть якщо компонент розширюється і стискається, його можна м’яко прикріпити.

Акумулятор пробного виробництва може стабільно заряджатися та розряджатися більше 100 разів. Безпека також була підтверджена вогневими випробуваннями тощо. Професор Хонма сказав:"Поки ви вводите дані, розмір і форму можна змінювати за бажанням."

Проблема практичного застосування полягає в тому, що іонна провідність електроліту недостатньо висока. Оскільки іони літію не можуть рухатися плавно, важко миттєво вивільнити величезну енергію.

Дослідницька група відкоригує склад матеріалу з метою покращення іонної провідності. Експеримент з використанням розробленої батареї для приводу автомобіля пройшов успішно, і максимальна швидкість експерименту досягла 30 кілометрів на годину. Дослідники будуть постійно вдосконалюватися, щоб збільшити вихідну потужність, і розглядатимуть можливість її встановлення на чисто електромобілі. Це також буде активно розвивати катодні матеріали з високою щільністю енергії.

Перший етап мети полягає в досягненні практичного використання в живленні датчиків і переносних терміналів.