Japonya, tüm-katı-pilleri üretmek için 3D baskının kullanımını gerçekleştiriyor
Tohoku Üniversitesi profesörü Honma ve asistan Kobayashi Hiroaki ve diğerleri, 3D yazıcılarla tüm-katı-pilleri yapma teknolojisini geliştirdiler. İşleme sırasında sertliği serbestçe değiştirebilen malzemeler kullanın. Piller, geçmişte gerekli olan yüksek-sıcaklık işlemleri olmadan sadece birkaç saat içinde yapılabilir. Deneme ürünü-üretilen pil, çeşitli performans testlerinden geçmiştir ve tüm-katı-akülerin erken pratik uygulamasına katkıda bulunması beklenen belirli bir performansa sahiptir.
Elektrolit, pilin önemli bileşenlerinden biridir ve genellikle sıvı haldedir, ancak tam-katı-bir pilin elektroliti katıdır ve yangın kazası riski azdır. Bu tip pillerin bir diğer özelliği de pilleri istifleyerek birim hacim başına depolama kapasitesini artırabilmesidir. Saf elektrikli araçların (EV'ler) seyir menzilini genişletebilecek bir sonraki -nesil pil olması bekleniyor.
Geliştirilen elektrolit membran, yumuşak bir kontakt lens ile aynı yumuşaklığa sahiptir (görüntü, Kitto Üniversitesi, Japonya'dan alınmıştır)
Tüm-katı-pillerin ana amacı, elektrotlara ve elektrolit malzemelerine kuvvetlice bastırmak ve bunları yüzlerce santigrat dereceye kadar ısıtmaktır. Bununla birlikte, ısıtma işlemi maliyetlidir ve bir termal çatlama durumu vardır. Aynı zamanda, hala bir sorun var. Elektrolitin sertliği nedeniyle, pozitif elektrot ve negatif elektrot, şarj ve deşarj ile tekrar tekrar genişleyip büzüştüğünde, ikisi birbirine yakın bir şekilde bağlanamaz ve bu da pil performansının düşmesine neden olur.
Araştırma ekibi, tüm-katı-aküler için esnek elektrolit membranların üretimi üzerine araştırma yaptı. Lityum iyonlarının hareketini kolaylaştıran özel bir sıvı silikon oksit ile karıştırıldığında yumuşak kontakt lens benzeri bir cam film oluşturulabilir. Yumuşaklık, silika miktarı değiştirilerek kolayca ayarlanabilir.
Bu sefer araştırma ekibi, elektrolit membranda bulunan silikon oksit miktarını yarıya indirerek onu jel -gibi bir hale getirdi. Daha sonra ultraviyole ışığa maruz kaldığında katılaşan ve bir 3D yazıcı kullanılarak şekillendirilebilen bir reçine ile karıştırılır.
Elektrolit jeli benzer hale getirmek için elektrolitteki silikon oksit konsantrasyonunu azaltın-ve pili bir 3D yazıcı aracılığıyla üretin (görüntü, Tohoku Üniversitesi, Japonya'nın izniyle)
Deneyler, elektrolitin, pozitif elektrot için lityum kobalt oksitin, negatif elektrot için lityum titanatın vb. jel- benzeri malzemelere dönüştürülmesiyle pilin yalnızca bir 3D yazıcıyla yapılabileceğini doğruladı. Yaklaşık iki saatte üretilebileceği söyleniyor.
Malzemeyi basitçe kaplayarak ve yüksek sıcaklıkta ısıtmadan ultraviyole ışınlarıyla ışınlayarak yapılabilir, bu da üretim maliyetini büyük ölçüde azaltabilir. Esnek elektrolit, çatlamaya daha az eğilimlidir ve üye genişleyip büzüldüğünde bile yumuşak bir şekilde oturur.
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."
Pratik uygulamada karşılaşılan sorun, elektrolitin iyonik iletkenliğinin yeterince yüksek olmamasıdır. Lityum iyonları düzgün hareket edemediğinden, bir anda büyük miktarda enerji açığa çıkarmak zordur.
Araştırma ekibi, iyonik iletkenliği iyileştirmek amacıyla malzemenin bileşimini ayarlayacaktır. Geliştirilen pille çalışan-arabayla yapılan deneyler başarılı oldu ve saatte 30 kilometrelik bir azami hıza ulaştı. Araştırmacılar, çıkış gücünü artırmak için yinelemeli iyileştirmeler yapacak ve onu tamamen elektrikli araçlara kurmayı düşünecekler. Ayrıca yüksek enerji yoğunluğuna sahip katot materyallerini şiddetle geliştireceğiz.
İlk aşamanın amacı, sensörlerin ve giyilebilir terminallerin güç kaynağında pratik uygulamayı gerçekleştirmektir.
