Japó realitza l'ús de la impressió 3D per fabricar bateries d'estat sòlid
El professor de la Universitat de Tohoku Honma i l'assistent Kobayashi Hiroaki i altres han desenvolupat la tecnologia de fabricar bateries d'estat sòlid amb impressores 3D. Utilitzeu materials que puguin canviar lliurement la duresa a l'hora d'elaborar. Les bateries es poden fabricar en poques hores sense els processos d'alta temperatura necessaris en el passat. La bateria produïda per assaig ha resistit diverses proves de rendiment i té un cert rendiment, que s'espera que contribueixi a l'aplicació pràctica primerenca de bateries d'estat sòlid.
L'electròlit és un dels components importants de la bateria i sol estar en estat líquid, però l'electròlit d'una bateria d'estat sòlid és sòlid i el risc d'accidents d'incendi és petit. Una altra característica d'aquest tipus de bateria és que pot augmentar la capacitat d'emmagatzematge per unitat de volum mitjançant l'apilament de bateries. És molt esperada com una bateria d'última generació que pot ampliar la gamma de creuers de vehicles elèctrics purs (VE).
La membrana electròlit desenvolupada té la mateixa suavitat que una lent de contacte suau (imatge cortesia de la Universitat de Kitto, Japó)
El corrent principal de les bateries d'estat sòlid és pressionar fortament els elèctrodes i els materials electròlits, i escalfar-los a centenars de graus centígrads. No obstant això, el procés de calefacció és costós, i hi ha un cas d'esquerdament tèrmic. Al mateix temps, encara hi ha un problema. A causa de la duresa de l'electròlit, quan l'elèctrode positiu i l'elèctrode negatiu s'expandeixen repetidament i es contrauen amb la càrrega i descàrrega, els dos no es poden connectar de prop, el que resulta en un baix rendiment de la bateria.
L'equip d'investigació va dur a terme investigacions sobre la fabricació de membranes electròliques flexibles per a bateries d'estat sòlid. Quan un líquid especial que facilita el moviment dels ions de liti es barreja amb òxid de silici, es pot formar una pel·lícula de vidre similar a una lent de contacte suau. La suavitat es pot ajustar simplement canviant la quantitat de sílice.
Aquesta vegada, l'equip d'investigació va reduir a la meitat la quantitat d'òxid de silici contingut a la membrana electròlit, fent-lo semblant a un gel. A continuació, es barreja amb una resina que se solidifica quan s'exposa a la llum ultraviolada, i es pot donar forma mitjançant una impressora 3D.
Reduir la concentració d'òxid de silici en l'electròlit per fer el gel electròlit com, i fabricar la bateria a través d'una impressora 3D (imatge cortesia de la Universitat de Tohoku, Japó)
Els experiments han confirmat que canviant l'electròlit, l'òxid de cobalt de liti per l'elèctrode positiu, el titanat de liti per a l'elèctrode negatiu, etc. en materials semblants a gel, la bateria es pot fer només per una impressora 3D. Es diu que es pot produir en unes dues hores.
Es pot fer simplement recobrint el material i irradiant-lo amb raigs ultraviolats sense calefacció a alta temperatura, cosa que pot reduir considerablement el cost de fabricació. L'electròlit flexible és menys propens a esquerdar-se i s'adapta suaument fins i tot a mesura que el membre s'expandeix i es contrau.
La bateria produïda per prova es pot carregar i descarregar de manera robusta més de 100 vegades. La seguretat també ha estat confirmada per proves d'incendis, etc. El professor Honma va dir: "Mentre les dades siguin d'entrada, la mida i la forma es poden canviar a voluntat".
El problema a què s'enfronta l'aplicació pràctica és que la conductivitat iònica de l'electròlit no és prou alta. Atès que els ions de liti no es poden moure sense problemes, és difícil alliberar grans quantitats d'energia en un instant.
L'equip d'investigació ajustarà la composició del material amb l'objectiu de millorar la conductivitat iònica. Els experiments amb el cotxe desenvolupat amb bateria han tingut èxit, arribant a una velocitat màxima de 30 quilòmetres per hora. Els investigadors faran millores iteratius per augmentar la potència de producció i considerar la possibilitat d'instal·lar-la en vehicles elèctrics purs. També desenvoluparem vigorosament materials catòdics amb alta densitat d'energia.
L'objectiu de la primera etapa és realitzar una aplicació pràctica en la font d'alimentació de sensors i terminals portàtils.
