Japonsko si uvědomuje použití 3D tisku k výrobě plně polovodičových baterií

Japonský profesor Motoge z Tohoku University' a asistent Kobayashi Hiroaki a další vyvinuli technologii použití 3D tiskárny k výrobě polovodičových baterií. Při výrobě používejte materiály, které mohou libovolně měnit tvrdost. Výroba baterie trvá jen několik hodin a není třeba provádět vysokoteplotní proces, který byl vyžadován v minulosti. Zkušebně vyrobená baterie obstála v různých výkonnostních testech a má určitý výkon, od čehož se očekává, že přispěje k brzkému praktickému použití plně polovodičových baterií.

Elektrolyt je jednou z hlavních součástí baterie, obvykle v kapalném stavu, ale elektrolyt polovodičové baterie je pevný a je zde menší riziko požáru. Další vlastností této baterie je, že baterii lze stohovat, aby se zvýšila kapacita úložiště na jednotku objemu. Je vysoce očekáván jako baterie nové generace, která může prodloužit dojezd čistě elektrických vozidel (EV).

Vyvinutá elektrolytická membrána má stejnou flexibilitu jako měkké kontaktní čočky

Hlavním proudem polovodičových baterií je násilné stlačování elektrod a elektrolytických materiálů k sobě a jejich zahřívání na stovky stupňů Celsia. Proces zahřívání však vyžaduje náklady a existují případy tepelného praskání. Zároveň je tu problém. Vzhledem k tomu, že elektrolyt je tvrdý, když se kladná a záporná elektroda opakovaně roztahují a smršťují při nabíjení a vybíjení, nemohou být tyto dva těsně připojeny, což má za následek špatný výkon baterie.

Výzkumný tým prováděl výzkum výroby měkkých elektrolytových membrán pro polovodičové baterie. Po smíchání speciální kapaliny, která napomáhá pohybu iontů lithia a oxidu křemíku, lze vytvořit skleněný film podobný měkkým kontaktním čočkám. Dokud se změní množství oxidu křemičitého, lze měkkost upravit.

Tentokrát výzkumný tým snížil množství oxidu křemičitého obsaženého v elektrolytové membráně na polovinu a přeměnil ji na gel. Poté je smíchán s pryskyřicí, která ztuhne ultrafialovým zářením, a poté může být lisován na 3D tiskárně.

Experimenty prokázaly, že přeměnou elektrolytu, oxidu lithného kobaltnatého pro kladnou elektrodu a titaničitanu lithného pro zápornou elektrodu na gelovité materiály, lze baterii vyrobit pouze pomocí 3D tiskárny. Prý se dá vyrobit zhruba za dvě hodiny.

Snižte koncentraci oxidu křemičitého v elektrolytu, přeměňte elektrolyt na gel a vyrobte baterii pomocí 3D tiskárny

Lze jej vyrobit potažením materiálu a jeho ozářením ultrafialovými paprsky, bez vysokoteplotního ohřevu, což může výrazně snížit výrobní náklady. Pružný elektrolyt není snadné prasknout a i když se součástka roztahuje a smršťuje, lze ji měkce přichytit.

Zkušební baterie dokáže stabilně nabít a vybíjet více než 100krát. Bezpečnost byla také potvrzena požárními testy atd. Profesor Honma řekl:&"Dokud zadáváte data, velikost a tvar lze libovolně měnit.""

Problém praktické aplikace spočívá v tom, že iontová vodivost elektrolytu není dostatečně vysoká. Protože se ionty lithia nemohou pohybovat hladce, je obtížné okamžitě uvolnit obrovskou energii.

Výzkumný tým upraví složení materiálu s cílem zlepšit iontovou vodivost. Experiment s využitím vyvinuté baterie k pohonu vozu byl úspěšný a maximální rychlost experimentu dosáhla 30 kilometrů za hodinu. Výzkumníci budou opakovaně provádět vylepšení, aby zvýšili výstupní výkon, a zváží jeho instalaci na čistě elektrická vozidla. Bude také energicky vyvíjet katodové materiály s vysokou hustotou energie.

První fází cíle je dosažení praktického využití při napájení senzorů a nositelných terminálů.