Japonija suvokia 3D spausdinimo naudojimą kietojo kūno baterijų gamyboje

Japonijos' Tohoku universiteto profesorius Motoge ir asistentas Kobayashi Hiroaki ir kiti sukūrė 3D spausdintuvo naudojimo technologiją kietojo kūno akumuliatoriams gaminti. Gamindami naudokite medžiagas, kurios gali laisvai keisti kietumą. Akumuliatoriaus gamyba užtrunka vos kelias valandas ir nereikia atlikti aukštų temperatūrų proceso, kuris buvo reikalingas anksčiau. Bandomuoju būdu pagaminta baterija atlaikė įvairius veikimo testus ir turi tam tikrą našumą, todėl tikimasi, kad tai prisidės prie ankstyvo praktinio kietojo kūno akumuliatorių naudojimo.

Elektrolitas yra vienas iš pagrindinių akumuliatoriaus komponentų, dažniausiai skystos būsenos, tačiau kietojo akumuliatoriaus elektrolitas yra kietas, todėl gaisro nelaimingų atsitikimų rizika mažesnė. Dar viena šios baterijos savybė yra ta, kad bateriją galima sukrauti, kad padidėtų talpa tūrio vienetui. Tai labai laukiama kaip naujos kartos akumuliatorius, galintis išplėsti grynai elektrinių transporto priemonių (EV) asortimentą.

Sukurta elektrolitinė membrana turi tokį patį lankstumą kaip minkštieji kontaktiniai lęšiai

Pagrindinis visų kietojo kūno akumuliatorių srautas yra jėga suspausti elektrodus ir elektrolito medžiagas ir įkaitinti jas iki šimtų laipsnių Celsijaus. Tačiau šildymo procesas reikalauja išlaidų, be to, pasitaiko terminio įtrūkimo atvejų. Kartu yra ir problema. Kadangi elektrolitas yra kietas, kai teigiamas elektrodas ir neigiamas elektrodas pakartotinai išsiplečia ir susitraukia įkraunant ir iškraunant, jų negalima glaudžiai sujungti, todėl blogai veikia akumuliatorius.

Tyrimo grupė atliko minkštųjų elektrolitų membranų, skirtų kietojo kūno akumuliatoriams, gamybos tyrimus. Sumaišius specialų skystį, palankų ličio jonų ir silicio oksido judėjimui, gali susidaryti stiklo plėvelė, panaši į minkštus kontaktinius lęšius. Kol keičiamas silicio oksido kiekis, galima reguliuoti minkštumą.

Šį kartą tyrėjų komanda sumažino elektrolito membranoje esančio silicio oksido kiekį per pusę, paversdama jį geliu. Tada jis sumaišomas su derva, kuri sukietės ultravioletiniais spinduliais, o tada gali būti formuojama 3D spausdintuvu.

Eksperimentai įrodė, kad elektrolitą, ličio kobalto oksidą teigiamam elektrodui ir ličio titanatą neigiamam elektrodui paverčiant į gelio pavidalo medžiagas, bateriją galima pagaminti tik 3D spausdintuvu. Teigiama, kad jį galima pagaminti per maždaug dvi valandas.

Sumažinkite silicio oksido koncentraciją elektrolite, paversdami elektrolitą geliu ir padarykite bateriją per 3D spausdintuvą

Jis gali būti pagamintas padengiant medžiagą ir apšvitinant ultravioletiniais spinduliais, nekaitinant aukštoje temperatūroje, o tai gali labai sumažinti gamybos sąnaudas. Lankstus elektrolitas nėra lengvas įtrūkimas, o net jei komponentas plečiasi ir susitraukia, jis gali būti švelniai pritvirtintas.

Bandomuoju būdu pagaminta baterija gali stabiliai įkrauti ir išsikrauti daugiau nei 100 kartų. Saugumas taip pat buvo patvirtintas ugnies bandymais ir kt. Profesorius Honma sakė:" Kol įvesite duomenis, dydis ir forma gali būti keičiami savo nuožiūra."

Problema, su kuria susiduriama praktiškai, yra ta, kad elektrolito joninis laidumas nėra pakankamai didelis. Kadangi ličio jonai negali judėti sklandžiai, sunku akimirksniu išleisti didžiulę energiją.

Mokslininkų komanda pakoreguos medžiagos sudėtį, siekdama pagerinti jonų laidumą. Eksperimentas naudojant sukurtą akumuliatorių automobiliui vairuoti pavyko, o maksimalus eksperimento greitis siekė 30 kilometrų per valandą. Tyrėjai pakartotinai tobulins, kad padidintų išėjimo galią, ir apsvarstys galimybę ją įdiegti tik elektrinėse transporto priemonėse. Jis taip pat energingai sukurs katodines medžiagas, turinčias didelį energijos tankį.

Pirmasis tikslo etapas – praktiškai panaudoti jutiklių ir nešiojamų gnybtų maitinimą.