Japan nutzt den 3D-Druck zur Herstellung aller-Festkörperbatterien-
Honma, Professor an der Tohoku-Universität, und sein Assistent Kobayashi Hiroaki und andere haben die Technologie zur Herstellung von Voll-Festkörperbatterien- mit 3D-Druckern entwickelt. Verwenden Sie beim Basteln Materialien, die ihre Härte frei ändern können. Batterien können in nur wenigen Stunden ohne die in der Vergangenheit erforderlichen Hoch-temperaturprozesse hergestellt werden. Die versuchsweise-produzierte Batterie hat verschiedenen Leistungstests standgehalten und weist eine bestimmte Leistung auf, die voraussichtlich zur frühen praktischen Anwendung aller -Festkörperbatterien- beitragen wird.
Der Elektrolyt ist eine der wichtigen Komponenten der Batterie und liegt normalerweise in flüssigem Zustand vor, aber der Elektrolyt einer -Solid--Batterie ist fest und das Risiko von Brandunfällen ist gering. Ein weiteres Merkmal dieses Batterietyps ist, dass er die Speicherkapazität pro Volumeneinheit durch Stapeln von Batterien erhöhen kann. Es wird mit Spannung erwartet, dass es sich um eine Batterie der nächsten -Generation handelt, die die Reichweite von reinen Elektrofahrzeugen (EVs) erweitern kann.
Die entwickelte Elektrolytmembran hat die gleiche Weichheit wie eine weiche Kontaktlinse (Bild mit freundlicher Genehmigung der Kitto University, Japan)
Der Haupttrend aller-Festkörperbatterien- besteht darin, die Elektroden und Elektrolytmaterialien stark zu pressen und sie auf Hunderte von Grad Celsius zu erhitzen. Der Erwärmungsprozess ist jedoch kostspielig, und es kommt zum thermischen Cracken. Gleichzeitig gibt es noch ein Problem. Wenn sich die positive Elektrode und die negative Elektrode beim Laden und Entladen wiederholt ausdehnen und zusammenziehen, können die beiden aufgrund der Härte des Elektrolyten nicht eng aneinander anliegen, was zu einer schlechten Batterieleistung führt.
Das Forschungsteam forschte an der Herstellung flexibler Elektrolytmembranen für alle -Festkörper--Batterien. Wenn eine spezielle Flüssigkeit, die die Bewegung von Lithium-Ionen erleichtert, mit Siliziumoxid gemischt wird, kann ein Glasfilm ähnlich einer weichen Kontaktlinse gebildet werden. Die Weichheit kann einfach durch Veränderung der Kieselsäuremenge eingestellt werden.
Diesmal halbierte das Forschungsteam die in der Elektrolytmembran enthaltene Menge an Siliziumoxid, wodurch sie gelartig- wurde. Es wird dann mit einem Harz vermischt, das sich unter UV-Licht verfestigt und mit einem 3D-Drucker geformt werden kann.
Reduzieren Sie die Siliziumoxidkonzentration im Elektrolyten, um den Elektrolyten gelartig- zu machen, und stellen Sie die Batterie mit einem 3D-Drucker her (Bild mit freundlicher Genehmigung der Tohoku University, Japan).
Experimente haben bestätigt, dass die Batterie durch Änderung des Elektrolyten, Lithiumkobaltoxid für die positive Elektrode, Lithiumtitanat für die negative Elektrode usw. in gel--ähnliche Materialien, allein mit einem 3D-Drucker hergestellt werden kann. Es wird gesagt, dass es in etwa zwei Stunden hergestellt werden kann.
Es kann hergestellt werden, indem das Material einfach beschichtet und mit UV-Strahlen bestrahlt wird, ohne dass es auf hohe Temperatur erhitzt wird, was die Herstellungskosten stark senken kann. Der flexible Elektrolyt neigt weniger zum Reißen und passt weich, selbst wenn sich das Element ausdehnt und zusammenzieht.
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."
Das Problem der praktischen Anwendung besteht darin, dass die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten nicht hoch genug ist. Da sich Lithium-Ionen nicht gleichmäßig bewegen können, ist es schwierig, riesige Energiemengen in einem Augenblick freizusetzen.
Das Forschungsteam wird die Zusammensetzung des Materials mit dem Ziel anpassen, die Ionenleitfähigkeit zu verbessern. Experimente mit dem entwickelten batteriebetriebenen Auto- waren erfolgreich und erreichten eine Höchstgeschwindigkeit von 30 km/h. Die Forscher werden iterative Verbesserungen vornehmen, um die Ausgangsleistung zu erhöhen, und erwägen, sie in reinen Elektrofahrzeugen zu installieren. Auch Kathodenmaterialien mit hoher Energiedichte werden wir mit Nachdruck entwickeln.
Ziel der ersten Stufe ist die praktische Anwendung in der Stromversorgung von Sensoren und Wearable Terminals.
