Япония использует 3D-печать для производства твердотельных батарей

Японский профессор Университета Тохоку Мотоге, ассистент Кобаяси Хироаки и другие разработали технологию использования 3D-принтера для производства твердотельных батарей. При изготовлении используйте материалы, которые могут свободно менять твердость. На изготовление батареи уходит всего несколько часов, и нет необходимости проводить высокотемпературный процесс, который требовался в прошлом. Опытно произведенный аккумулятор выдержал различные тесты производительности и имеет определенные характеристики, которые, как ожидается, будут способствовать раннему практическому использованию полностью твердотельных аккумуляторов.

Электролит является одним из основных компонентов батареи, обычно в жидком состоянии, но электролит полностью твердотельной батареи является твердым, и риск возникновения пожара меньше. Еще одна особенность этой батареи заключается в том, что ее можно складывать друг в друга для увеличения емкости на единицу объема. Ожидается, что это будет аккумулятор нового поколения, который может расширить диапазон чистых электромобилей (EV).

Разработанная электролитная мембрана обладает такой же гибкостью, что и мягкие контактные линзы.

Основное направление полностью твердотельных батарей - это принудительное сжатие электродов и материалов электролита и их нагрев до сотен градусов Цельсия. Однако процесс нагрева требует затрат, и бывают случаи термического растрескивания. В то же время есть проблема. Поскольку электролит твердый, когда положительный электрод и отрицательный электрод многократно расширяются и сжимаются при зарядке и разрядке, они не могут быть плотно соединены, что приводит к плохой работе батареи.

Исследовательская группа провела исследования по производству мягких электролитных мембран для полностью твердотельных аккумуляторов. После смешивания специальной жидкости, способствующей перемещению ионов лития и оксида кремния, можно сформировать стеклянную пленку, похожую на мягкие контактные линзы. Пока количество оксида кремния изменяется, мягкость можно регулировать.

На этот раз группа исследователей вдвое уменьшила количество оксида кремния, содержащегося в электролитической мембране, превратив его в гель. Затем он смешивается со смолой, которая затвердевает под воздействием ультрафиолетового излучения, и затем его можно формовать на 3D-принтере.

Эксперименты доказали, что, превратив электролит, оксид лития-кобальта для положительного электрода и титанат лития для отрицательного электрода в гелеподобные материалы, аккумулятор можно изготовить только с помощью 3D-принтера. Говорят, что его можно изготовить примерно за два часа.

Уменьшите концентрацию оксида кремния в электролите, превратив электролит в гель, и сделайте аккумулятор через 3D-принтер

Его можно производить путем покрытия материала и облучения его ультрафиолетовыми лучами без высокотемпературного нагрева, что может значительно снизить стоимость производства. Гибкий электролит непросто взломать, и даже если компонент расширяется и сжимается, его можно мягко прикрепить.

Опытный аккумулятор может стабильно заряжаться и разряжаться более 100 раз. Безопасность также была подтверждена испытаниями на огнестойкость и т. Д. Профессор Хонма сказал:" Пока вы вводите данные, размер и форма могут быть изменены по желанию."

Проблема, стоящая перед практическим применением, заключается в том, что ионная проводимость электролита недостаточно высока. Поскольку ионы лития не могут двигаться плавно, трудно мгновенно высвободить огромную энергию.

Исследовательская группа скорректирует состав материала с целью улучшения ионной проводимости. Эксперимент по использованию разработанного аккумулятора для управления автомобилем оказался успешным, а максимальная скорость эксперимента достигла 30 километров в час. Исследователи будут постоянно вносить улучшения, чтобы увеличить выходную мощность, и рассмотрят возможность установки на чистых электромобилях. Он также будет активно разрабатывать катодные материалы с высокой плотностью энергии.

Первым этапом является достижение практического использования в источниках питания датчиков и переносных терминалов.