Il Giappone realizza l'uso della stampa 3D per produrre batterie completamente allo stato solido

Motoge, professore della Tohoku University del Giappone&e assistente Kobayashi Hiroaki, e altri hanno sviluppato la tecnologia per utilizzare una stampante 3D per realizzare batterie completamente allo stato solido. Durante la fabbricazione, utilizzare materiali che possono cambiare liberamente la durezza. Sono necessarie solo poche ore per realizzare una batteria e non è necessario eseguire il processo ad alta temperatura richiesto in passato. La batteria prodotta in prova ha superato vari test sulle prestazioni e ha determinate prestazioni, che dovrebbero contribuire all'uso pratico iniziale delle batterie completamente allo stato solido.

L'elettrolita è uno dei componenti principali della batteria, di solito allo stato liquido, ma l'elettrolita di una batteria completamente allo stato solido è solido e il rischio di incidenti d'incendio è minore. Un'altra caratteristica di questa batteria è che la batteria può essere impilata per aumentare la capacità di archiviazione per unità di volume. È molto attesa come una batteria di nuova generazione in grado di ampliare la gamma dei veicoli puramente elettrici (EV).

La membrana elettrolitica sviluppata ha la stessa flessibilità delle lenti a contatto morbide

La maggior parte delle batterie a stato solido è quella di premere con forza gli elettrodi e i materiali elettrolitici e riscaldarli a centinaia di gradi Celsius. Tuttavia, il processo di riscaldamento richiede costi e vi sono casi di cracking termico. Allo stesso tempo, c'è un problema. Poiché l'elettrolita è duro, quando l'elettrodo positivo e l'elettrodo negativo si espandono e si contraggono ripetutamente durante la carica e la scarica, i due non possono essere fissati strettamente, con conseguente scarso rendimento della batteria.

Il team di ricerca ha svolto ricerche sulla produzione di membrane a elettrolita morbido per batterie completamente allo stato solido. Dopo aver miscelato un liquido speciale che favorisce il movimento degli ioni di litio e dell'ossido di silicio, si può formare una pellicola di vetro simile alle lenti a contatto morbide. Se viene modificata la quantità di ossido di silicio, è possibile regolare la morbidezza.

Questa volta, il team di ricerca ha ridotto della metà la quantità di ossido di silicio contenuto nella membrana dell'elettrolita, trasformandolo in un gel. Quindi viene miscelato con la resina che verrà solidificata dalle radiazioni ultraviolette, e quindi può essere modellato con una stampante 3D.

Gli esperimenti hanno dimostrato che trasformando l'elettrolita, l'ossido di litio e cobalto per l'elettrodo positivo e il titanato di litio per l'elettrodo negativo in materiali simili al gel, è possibile realizzare una batteria solo con una stampante 3D. Si dice che possa essere prodotto in circa due ore.

Riduci la concentrazione di ossido di silicio nell'elettrolita, trasformando l'elettrolita in un gel e realizza una batteria tramite una stampante 3D

Può essere prodotto rivestendo il materiale e irradiandolo con raggi ultravioletti, senza riscaldamento ad alta temperatura, che può ridurre notevolmente i costi di produzione. L'elettrolita flessibile non è facile da rompere e, anche se il componente si espande e si restringe, può essere attaccato dolcemente.

La batteria prodotta in prova può caricarsi e scaricarsi stabilmente più di 100 volte. La sicurezza è stata confermata anche da test antincendio, ecc. Il professor Honma ha detto,"Se inserisci i dati, la dimensione e la forma possono essere modificate a piacimento."

Il problema dell'applicazione pratica è che la conduttività ionica dell'elettrolita non è sufficientemente elevata. Poiché gli ioni di litio non possono muoversi agevolmente, è difficile rilasciare un'enorme energia all'istante.

Il team di ricerca regolerà la composizione del materiale con l'obiettivo di migliorare la conduttività ionica. L'esperimento di utilizzare la batteria sviluppata per guidare l'auto ha avuto successo e la velocità massima dell'esperimento ha raggiunto i 30 chilometri all'ora. I ricercatori apporteranno ripetutamente miglioramenti per aumentare la potenza di uscita e prenderanno in considerazione l'installazione su veicoli puramente elettrici. Svilupperà anche vigorosamente materiali catodici con un'elevata densità di energia.

La prima fase dell'obiettivo è ottenere un utilizzo pratico nell'alimentazione di sensori e terminali indossabili.