Japan inser användningen av 3D-utskrift för att tillverka helsolid-state-batterier

Japans'professor Motoge vid Tohoku-universitetet och assistent Kobayashi Hiroaki och andra har utvecklat tekniken för att använda en 3D-skrivare för att tillverka helsolid-state-batterier. Vid tillverkning, använd material som fritt kan ändra hårdheten. Det tar bara några timmar att tillverka ett batteri, och det finns inget behov av att utföra den högtemperaturprocess som krävdes tidigare. Det provproducerade batteriet har klarat olika prestandatester och har viss prestanda, vilket förväntas bidra till den tidiga praktiska användningen av helsolid-state-batterier.

Elektrolyt är en av huvudkomponenterna i batteriet, vanligtvis i flytande tillstånd, men elektrolyten i ett helsolid-state-batteri är fast och det är mindre risk för brandolyckor. En annan egenskap hos detta batteri är att batteriet kan staplas för att öka lagringskapaciteten per volymenhet. Det är mycket efterlängtat som en ny generations batteri som kan utöka räckvidden för rena elfordon (EV).

Det utvecklade elektrolytmembranet har samma flexibilitet som mjuka kontaktlinser

Huvudströmmen för heltäckande batterier är att kraftfullt pressa samman elektroderna och elektrolytmaterialen och värma dem till hundratals grader Celsius. Uppvärmningsprocessen kräver dock kostnader, och det finns fall av termisk sprickbildning. Samtidigt finns det ett problem. Eftersom elektrolyten är hård, 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.

Forskargruppen genomförde forskning om produktion av mjuka elektrolytmembran för helfasta batterier. Efter att ha blandat en speciell vätska som främjar rörelsen av litiumjoner och kiseloxid, kan en glasfilm som liknar mjuka kontaktlinser bildas. Så länge mängden kiseloxid ändras kan mjukheten justeras.

Den här gången halverade forskargruppen mängden kiseloxid i elektrolytmembranet och förvandlade det till en gel. Sedan blandas det med hartset som kommer att stelna av ultraviolett strålning, och sedan kan det formas med en 3D-skrivare.

Experiment har visat att genom att omvandla elektrolyten, litiumkoboltoxiden för den positiva elektroden och litiumtitanat för den negativa elektroden till gelliknande material, kan ett batteri tillverkas med endast en 3D-skrivare. Det sägs att den kan tillverkas på cirka två timmar.

Minska koncentrationen av kiseloxid i elektrolyten, förvandla elektrolyten till en gel och gör ett batteri genom en 3D-skrivare

Det kan tillverkas genom att belägga materialet och bestråla det med ultravioletta strålar, utan högtemperaturuppvärmning, vilket avsevärt kan minska tillverkningskostnaden. Den flexibla elektrolyten är inte lätt att knäcka, och även om komponenten expanderar och krymper kan den mjukt fästas.

Det provproducerade batteriet kan stabilt ladda och ladda ur mer än 100 gånger. Säkerheten har också bekräftats av brandtester etc. Professor Honma sa,"Så länge du matar in data kan storleken och formen ändras efter behag."

Problemet med praktisk tillämpning är att elektrolytens jonledningsförmåga inte är tillräckligt hög. Eftersom litiumjoner inte kan röra sig smidigt är det svårt att frigöra enorm energi direkt.

Forskargruppen kommer att justera sammansättningen av materialet med målet att förbättra jonledningsförmågan. Experimentet med att använda det utvecklade batteriet för att köra bilen har varit framgångsrikt, och experimentets maximala hastighet nådde 30 kilometer i timmen. Forskare kommer att göra förbättringar upprepade gånger för att öka uteffekten och överväga att installera den på rena elfordon. Det kommer också att kraftfullt utveckla katodmaterial med hög energitäthet.

Den första fasen av målet är att uppnå praktisk användning i strömförsörjningen av sensorer och bärbara terminaler.