Jaapan mõistab 3D-printimise kasutamist kõigi -tahke{2}}patareide tootmiseks
Tohoku ülikooli professor Honma ja assistent Kobayashi Hiroaki ja teised on välja töötanud tehnoloogia kõigi -tahke-patareide valmistamiseks 3D-printeritega. Kasutage meisterdamisel materjale, mis võivad kõvadust vabalt muuta. Patareid saab valmistada vaid mõne tunniga ilma varem nõutud kõrgel-temperatuuri protsessideta. Proovi-toodetud aku on pidanud vastu erinevatele jõudluskatsetele ja sellel on teatud jõudlus, mis peaks aitama kaasa kõigi -tahke-patareide varasele praktilisele rakendamisele.
Elektrolüüt on aku üks olulisi komponente ja on tavaliselt vedelas olekus, kuid -tahke-aku elektrolüüt on tahke ja tuleõnnetuste oht on väike. Seda tüüpi akude teine omadus on see, et see võib akusid virnastades suurendada salvestusmahtu mahuühiku kohta. Seda oodatakse väga kui järgmise-põlvkonna akut, mis võib laiendada puhtalt elektrisõidukite (EV-de) sõiduulatust.
Välja töötatud elektrolüütmembraan on sama pehmusega kui pehmel kontaktläätsel (pilt on Jaapani Kitto ülikooli loal)
Kõigi -tahke-patareide puhul on peamine elektroodide ja elektrolüütide materjalide tugev vajutamine ning nende kuumutamine sadade Celsiuse kraadideni. Kütteprotsess on aga kulukas ja esineb termilise pragunemise juhtum. Samal ajal on endiselt probleem. Elektrolüüdi kõvaduse tõttu, kui positiivne elektrood ja negatiivne elektrood laadimise ja tühjenemise käigus korduvalt laienevad ja kokku tõmbuvad, ei saa neid kahte tihedalt ühendada, mille tulemuseks on aku halb jõudlus.
Uurimisrühm viis läbi uuringuid paindlike elektrolüütmembraanide valmistamise kohta kõikidele -tahkis-patareidele. Kui liitiumioonide liikumist hõlbustav spetsiaalne vedelik segada ränioksiidiga, võib tekkida pehme kontaktläätse sarnane klaaskile. Pehmust saab reguleerida lihtsalt ränidioksiidi kogust muutes.
Seekord vähendas uurimisrühm poole võrra elektrolüüdi membraanis sisalduva ränioksiidi kogust, muutes selle geeliks{0}}. Seejärel segatakse see vaiguga, mis ultraviolettvalgusega kokkupuutel tahkub, ja seda saab 3D-printeri abil vormida.
Vähendage ränioksiidi kontsentratsiooni elektrolüüdis, et muuta elektrolüüdi geel{0}}sarnaseks, ja valmistage aku 3D-printeri abil (pilt on Jaapani Tohoku ülikooli loal)
Katsed on kinnitanud, et muutes elektrolüüdi, liitiumkoobaltoksiidi positiivse elektroodi jaoks, liitiumtitanaadi negatiivse elektroodi jaoks jne geel{0}}taolisteks materjalideks, saab aku valmistada ainult 3D-printeri abil. Väidetavalt saab seda toota umbes kahe tunniga.
Seda saab valmistada materjali lihtsalt katmise ja ultraviolettkiirgusega kiiritamise teel ilma kõrgel temperatuuril kuumutamata, mis võib tootmiskulusid oluliselt vähendada. Painduv elektrolüüt on vähem altid pragunemisele ja sobib pehmelt isegi siis, kui liigend laieneb ja kokku tõmbub.
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."
Praktilise rakenduse probleem seisneb selles, et elektrolüüdi ioonjuhtivus ei ole piisavalt kõrge. Kuna liitiumioonid ei saa sujuvalt liikuda, on raske tohutul hulgal energiat hetkega vabastada.
Uurimisrühm kohandab materjali koostist eesmärgiga parandada ioonjuhtivust. Katsed arendatud aku{0}}toitega autoga on olnud edukad, saavutades tippkiiruseks 30 kilomeetrit tunnis. Teadlased teevad väljundvõimsuse suurendamiseks korduvaid parandusi ja kaaluvad selle paigaldamist puhastele elektrisõidukitele. Samuti töötame jõuliselt välja suure energiatihedusega katoodmaterjale.
Esimese etapi eesmärgiks on praktilise rakenduse realiseerimine andurite ja kantavate klemmide toiteallikana.
