Japan inser användningen av 3D-utskrift för att tillverka alla-solid-batterier
Professor Honma vid Tohoku-universitetet och assistent Kobayashi Hiroaki och andra har utvecklat tekniken för att tillverka alla-solid-batterier med 3D-skrivare. Använd material som fritt kan ändra hårdhet vid hantverk. Batterier kan tillverkas på bara några timmar utan de höga-temperaturprocesser som tidigare krävdes. Det testproducerade-batteriet har klarat olika prestandatester och har viss prestanda, vilket förväntas bidra till den tidiga praktiska tillämpningen av alla-solid-batterier.
Elektrolyten är en av de viktiga komponenterna i batteriet och är vanligtvis i flytande tillstånd, men elektrolyten i ett helt-solid-batteri är fast och risken för brandolyckor är liten. En annan egenskap hos denna typ av batteri är att den kan öka lagringskapaciteten per volymenhet genom att stapla batterier. Det är mycket efterlängtat som nästa-generations batteri som kan utöka räckvidden för rena elfordon (EV).
Det utvecklade elektrolytmembranet har samma mjukhet som en mjuk kontaktlins (bild med tillstånd av Kitto University, Japan)
Huvudströmmen för alla-solid-state-batterier är att kraftigt trycka på elektroderna och elektrolytmaterialen och värma dem till hundratals grader Celsius. Uppvärmningsprocessen är dock kostsam och det finns ett fall av termisk sprickbildning. Samtidigt finns det fortfarande ett problem. På grund av elektrolytens hårdhet, när den positiva elektroden och den negativa elektroden upprepade gånger expanderar och drar ihop sig med laddning och urladdning, kan de två inte fästas tätt, vilket resulterar i dålig batteriprestanda.
Forskarteamet genomförde forskning om tillverkning av flexibla elektrolytmembran för alla-solid-batterier. När en speciell vätska som underlättar förflyttning av litiumjoner blandas med kiseloxid kan en glasfilm som liknar en mjuk kontaktlins bildas. Mjukheten kan justeras helt enkelt genom att ändra mängden kiseldioxid.
Den här gången halverade forskargruppen mängden kiseloxid i elektrolytmembranet, vilket gjorde att det -gelaktigt. Det blandas sedan med ett harts som stelnar när det utsätts för ultraviolett ljus, och kan formas med hjälp av en 3D-skrivare.
Minska koncentrationen av kiseloxid i elektrolyten för att göra elektrolyten gelliknande- och tillverka batteriet genom en 3D-skrivare (bild med tillstånd från Tohoku University, Japan)
Experiment har bekräftat att genom att byta ut elektrolyten, litiumkoboltoxiden för den positiva elektroden, litiumtitanat för den negativa elektroden, etc. till gelliknande material-, kan batteriet tillverkas av enbart en 3D-skrivare. Det sägs att den kan tillverkas på cirka två timmar.
Det kan göras genom att helt enkelt belägga materialet och bestråla det med ultravioletta strålar utan uppvärmning vid hög temperatur, vilket avsevärt kan minska tillverkningskostnaden. Den flexibla elektrolyten är mindre benägen att spricka och passar mjukt även när elementet expanderar och drar ihop sig.
The trial-produced battery can be stably charged and discharged for more than 100 times. Safety has also been confirmed by fire tests, etc. Professor Honma said, "As long as the data is input, the size and shape can be changed at will."
Problemet med praktisk tillämpning är att elektrolytens jonledningsförmåga inte är tillräckligt hög. Eftersom litiumjoner inte kan röra sig smidigt är det svårt att frigöra enorma mängder energi på ett ögonblick.
Forskargruppen kommer att justera sammansättningen av materialet med målet att förbättra jonledningsförmågan. Experiment med den utvecklade batteridrivna-bilen har varit framgångsrika och nått en topphastighet på 30 kilometer i timmen. Forskarna kommer att göra iterativa förbättringar för att öka uteffekten och överväga att installera den på rena elfordon. Vi kommer också kraftfullt att utveckla katodmaterial med hög energitäthet.
Målet med det första steget är att realisera praktisk tillämpning i strömförsörjningen av sensorer och bärbara terminaler.
