ژاپن استفاده از پرینت سه بعدی را برای تولید باتری های تمام حالت جامد درک کرده است

Motoge، استاد دانشگاه توهوکو ژاپن' و دستیار کوبایاشی هیرواکی، و دیگران فناوری استفاده از چاپگر سه بعدی را برای ساخت باتری های تمام حالت جامد توسعه داده اند. هنگام ساخت، از موادی استفاده کنید که آزادانه می توانند سختی را تغییر دهند. ساخت باتری فقط چند ساعت طول می کشد و نیازی به انجام فرآیند دمای بالا که در گذشته مورد نیاز بود نیست. باتری تولید شده آزمایشی آزمایش‌های عملکردی مختلفی را تحمل کرده و عملکرد خاصی دارد که انتظار می‌رود به استفاده عملی اولیه از باتری‌های تمام حالت جامد کمک کند.

الکترولیت یکی از اجزای اصلی باتری است که معمولاً در حالت مایع است، اما الکترولیت باتری های تمام جامد جامد است و خطر آتش سوزی کمتری دارد. یکی دیگر از ویژگی های این باتری این است که باتری را می توان روی هم قرار داد تا ظرفیت ذخیره سازی در واحد حجم افزایش یابد. بسیار پیش بینی می شود که این باتری نسل جدیدی باشد که می تواند محدوده خودروهای الکتریکی خالص (EV) را افزایش دهد.

غشای الکترولیت ساخته شده از انعطاف پذیری مشابه لنزهای تماسی نرم برخوردار است

جریان اصلی باتری های تمام حالت جامد این است که الکترودها و مواد الکترولیت را با فشار به هم فشار دهند و آنها را تا صدها درجه سانتیگراد گرم کنند. با این حال، فرآیند گرمایش مستلزم هزینه است و مواردی از ترک حرارتی وجود دارد. در عین حال یک مشکل وجود دارد. از آنجایی که الکترولیت سخت است، وقتی الکترود مثبت و الکترود منفی به طور مکرر با شارژ و دشارژ منبسط و منقبض می شوند، این دو نمی توانند از نزدیک به هم متصل شوند و در نتیجه عملکرد باتری ضعیف است.

تیم تحقیقاتی تحقیقاتی را بر روی تولید غشاهای الکترولیت نرم برای باتری‌های تمام حالت جامد انجام دادند. پس از مخلوط کردن مایع خاصی که برای حرکت یون های لیتیوم و اکسید سیلیکون مناسب است، می توان یک فیلم شیشه ای شبیه به لنزهای تماسی نرم تشکیل داد. تا زمانی که مقدار اکسید سیلیکون تغییر کند، نرمی آن قابل تنظیم است.

این بار، تیم تحقیقاتی میزان اکسید سیلیکون موجود در غشای الکترولیت را به نصف کاهش داد و آن را به ژل تبدیل کرد. سپس با رزینی که با اشعه فرابنفش جامد می شود مخلوط می شود و سپس می توان آن را با چاپگر سه بعدی قالب گیری کرد.

آزمایش‌ها ثابت کرده‌اند که با تبدیل الکترولیت، اکسید لیتیوم کبالت برای الکترود مثبت و لیتیوم تیتانات برای الکترود منفی به مواد ژل‌مانند، می‌توان باتری را تنها با چاپگر سه بعدی ساخت. گفته می شود که می توان آن را در حدود دو ساعت ساخت.

کاهش غلظت اکسید سیلیکون در الکترولیت، تبدیل الکترولیت به ژل و ساخت باتری از طریق چاپگر سه بعدی

می توان آن را با پوشش دادن مواد و تابش آن با اشعه ماوراء بنفش، بدون گرمایش با دمای بالا تولید کرد که می تواند هزینه ساخت را تا حد زیادی کاهش دهد. الکترولیت انعطاف پذیر به راحتی شکسته نمی شود و حتی اگر جزء منبسط و منقبض شود، می توان آن را به نرمی متصل کرد.

باتری تولید شده آزمایشی می تواند به طور پایدار بیش از 100 بار شارژ و دشارژ شود. ایمنی نیز توسط آزمایش‌های آتش‌سوزی و غیره تأیید شده است. پروفسور Honma گفت،"تا زمانی که داده‌ها را وارد کنید، اندازه و شکل را می‌توان به دلخواه تغییر داد."

مشکل پیش روی کاربرد عملی این است که رسانایی یونی الکترولیت به اندازه کافی بالا نیست. از آنجایی که یون‌های لیتیوم نمی‌توانند به آرامی حرکت کنند، آزاد کردن آنی انرژی عظیم دشوار است.

تیم تحقیقاتی ترکیب مواد را با هدف بهبود هدایت یونی تنظیم خواهد کرد. آزمایش استفاده از باتری توسعه یافته برای راندن خودرو موفقیت آمیز بوده و حداکثر سرعت آزمایش به 30 کیلومتر در ساعت رسیده است. محققان به طور مکرر بهبودهایی را برای افزایش توان خروجی انجام خواهند داد و نصب آن بر روی خودروهای الکتریکی خالص را در نظر خواهند گرفت. همچنین به شدت مواد کاتدی با چگالی انرژی بالا را توسعه خواهد داد.

مرحله اول هدف دستیابی به استفاده عملی در تامین برق سنسورها و پایانه های پوشیدنی است.