Η Ιαπωνία συνειδητοποιεί τη χρήση της τρισδιάστατης εκτύπωσης για την κατασκευή όλων των μπαταριών-στερεής κατάστασης-
Ο καθηγητής Honma στο Πανεπιστήμιο Tohoku και ο βοηθός Kobayashi Hiroaki και άλλοι έχουν αναπτύξει την τεχνολογία κατασκευής όλων των μπαταριών-στερεάς- κατάστασης με τρισδιάστατους εκτυπωτές. Χρησιμοποιήστε υλικά που μπορούν να αλλάξουν ελεύθερα τη σκληρότητα κατά την κατασκευή. Οι μπαταρίες μπορούν να κατασκευαστούν σε λίγες μόνο ώρες χωρίς τις διαδικασίες υψηλής- θερμοκρασίας που απαιτούνταν στο παρελθόν. Η δοκιμαστική-μπαταρία που παράγεται έχει αντέξει σε διάφορες δοκιμές απόδοσης και έχει ορισμένες επιδόσεις, οι οποίες αναμένεται να συμβάλουν στην πρώιμη πρακτική εφαρμογή όλων των-μπαταριών-στερεής κατάστασης.
Ο ηλεκτρολύτης είναι ένα από τα σημαντικά εξαρτήματα της μπαταρίας και είναι συνήθως σε υγρή κατάσταση, αλλά ο ηλεκτρολύτης μιας μπαταρίας πλήρως-στερεάς-κατάστασης είναι στερεός και ο κίνδυνος ατυχημάτων πυρκαγιάς είναι μικρός. Ένα άλλο χαρακτηριστικό αυτού του τύπου μπαταρίας είναι ότι μπορεί να αυξήσει τη χωρητικότητα αποθήκευσης ανά μονάδα όγκου στοιβάζοντας τις μπαταρίες. Αναμένεται ιδιαίτερα ως μπαταρία επόμενης-γενιάς που μπορεί να επεκτείνει την εμβέλεια πλεύσης των αμιγώς ηλεκτρικών οχημάτων (EV).
Η ανεπτυγμένη μεμβράνη ηλεκτρολυτών έχει την ίδια απαλότητα με έναν μαλακό φακό επαφής (η εικόνα προσφέρεται από το Πανεπιστήμιο Kitto, Ιαπωνία)
Το κύριο ρεύμα όλων των μπαταριών-στερεάς- κατάστασης είναι να πιέζουν δυνατά τα ηλεκτρόδια και τα υλικά ηλεκτρολυτών και να τα θερμαίνουν σε εκατοντάδες βαθμούς Κελσίου. Ωστόσο, η διαδικασία θέρμανσης είναι δαπανηρή και υπάρχει περίπτωση θερμικής πυρόλυσης. Ταυτόχρονα, εξακολουθεί να υπάρχει πρόβλημα. Λόγω της σκληρότητας του ηλεκτρολύτη, όταν το θετικό ηλεκτρόδιο και το αρνητικό ηλεκτρόδιο διαστέλλονται και συστέλλονται επανειλημμένα με τη φόρτιση και την εκφόρτιση, τα δύο δεν μπορούν να συνδεθούν στενά, με αποτέλεσμα την κακή απόδοση της μπαταρίας.
Η ερευνητική ομάδα πραγματοποίησε έρευνα για την κατασκευή εύκαμπτων μεμβρανών ηλεκτρολυτών για όλες τις μπαταρίες-στερεάς-κατάστασης. Όταν ένα ειδικό υγρό που διευκολύνει την κίνηση των ιόντων λιθίου αναμιχθεί με οξείδιο του πυριτίου, μπορεί να σχηματιστεί μια γυάλινη μεμβράνη παρόμοια με έναν μαλακό φακό επαφής. Η απαλότητα μπορεί να ρυθμιστεί απλά αλλάζοντας την ποσότητα του πυριτίου.
Αυτή τη φορά, η ερευνητική ομάδα μείωσε στο μισό την ποσότητα οξειδίου του πυριτίου που περιέχεται στη μεμβράνη του ηλεκτρολύτη, κάνοντάς την-όπως γέλη. Στη συνέχεια αναμειγνύεται με μια ρητίνη που στερεοποιείται όταν εκτίθεται στο υπεριώδες φως και μπορεί να διαμορφωθεί χρησιμοποιώντας έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή.
Μειώστε τη συγκέντρωση οξειδίου του πυριτίου στον ηλεκτρολύτη για να κάνετε το τζελ ηλεκτρολύτη-να αρέσει και να κατασκευάσετε την μπαταρία μέσω ενός εκτυπωτή 3D (η εικόνα προσφέρεται από το Πανεπιστήμιο Tohoku, Ιαπωνία)
Τα πειράματα έχουν επιβεβαιώσει ότι αλλάζοντας τον ηλεκτρολύτη, το οξείδιο του κοβαλτίου λιθίου για το θετικό ηλεκτρόδιο, το τιτανικό λίθιο για το αρνητικό ηλεκτρόδιο, κ.λπ. σε υλικά όπως τζελ, η μπαταρία μπορεί να κατασκευαστεί μόνο από έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή. Λέγεται ότι μπορεί να παραχθεί σε περίπου δύο ώρες.
Μπορεί να κατασκευαστεί απλά επικαλύπτοντας το υλικό και ακτινοβολώντας το με υπεριώδεις ακτίνες χωρίς θέρμανση σε υψηλή θερμοκρασία, γεγονός που μπορεί να μειώσει σημαντικά το κόστος κατασκευής. Ο εύκαμπτος ηλεκτρολύτης είναι λιγότερο επιρρεπής σε ρωγμές και εφαρμόζει απαλά ακόμα και όταν το μέλος διαστέλλεται και συστέλλεται.
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."
Το πρόβλημα που αντιμετωπίζει η πρακτική εφαρμογή είναι ότι η ιοντική αγωγιμότητα του ηλεκτρολύτη δεν είναι αρκετά υψηλή. Δεδομένου ότι τα ιόντα λιθίου δεν μπορούν να κινηθούν ομαλά, είναι δύσκολο να απελευθερωθούν τεράστιες ποσότητες ενέργειας σε μια στιγμή.
Η ερευνητική ομάδα θα προσαρμόσει τη σύνθεση του υλικού με στόχο τη βελτίωση της ιοντικής αγωγιμότητας. Τα πειράματα με το ανεπτυγμένο αυτοκίνητο με μπαταρίες-πέτυχαν, φτάνοντας σε τελική ταχύτητα 30 χιλιομέτρων την ώρα. Οι ερευνητές θα κάνουν επαναληπτικές βελτιώσεις για να αυξήσουν την ισχύ εξόδου και θα εξετάσουν το ενδεχόμενο να την εγκαταστήσουν σε αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα. Θα αναπτύξουμε επίσης δυναμικά καθοδικά υλικά με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα.
Στόχος του πρώτου σταδίου είναι να πραγματοποιηθεί πρακτική εφαρμογή στην τροφοδοσία αισθητήρων και φορητών τερματικών.
