تدرك اليابان استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع بطاريات الحالة الصلبة بالكامل
طور الأستاذ في جامعة توهوكو هونما ومساعد كوباياشي هيرواكي وآخرون تقنية صنع بطاريات الحالة الصلبة بالكامل باستخدام طابعات 3D. استخدم المواد التي يمكن أن تغير الصلابة بحرية عند الصياغة. يمكن تصنيع البطاريات في غضون ساعات قليلة فقط دون عمليات درجة الحرارة العالية المطلوبة في الماضي. صمدت البطارية المنتجة تجريبيا أمام اختبارات الأداء المختلفة ولديها أداء معين ، والذي من المتوقع أن يساهم في التطبيق العملي المبكر لبطاريات الحالة الصلبة بالكامل.
يعد المنحل بالكهرباء أحد المكونات المهمة للبطارية وعادة ما يكون في حالة سائلة ، ولكن المنحل بالكهرباء لبطارية الحالة الصلبة بالكامل صلب ، وخطر حوادث الحريق صغير. ميزة أخرى لهذا النوع من البطاريات هي أنه يمكن زيادة سعة التخزين لكل وحدة حجم عن طريق تكديس البطاريات. ومن المتوقع جدا أن تكون بطارية من الجيل التالي يمكنها توسيع نطاق الإبحار للسيارات الكهربائية النقية (EVs).
غشاء المنحل بالكهرباء المطور له نفس نعومة العدسة اللاصقة اللينة (الصورة مقدمة من جامعة كيتو ، اليابان)
التيار الرئيسي لبطاريات الحالة الصلبة بالكامل هو الضغط بقوة على الأقطاب الكهربائية ومواد المنحل بالكهرباء ، وتسخينها إلى مئات الدرجات المئوية. ومع ذلك ، فإن عملية التسخين مكلفة ، وهناك حالة من التكسير الحراري. في الوقت نفسه ، لا تزال هناك مشكلة. نظرا لصلابة المنحل بالكهرباء ، عندما يتوسع القطب الموجب والقطب السالب بشكل متكرر ويتقلصان مع الشحن والتفريغ ، لا يمكن ربط الاثنين عن كثب ، مما يؤدي إلى ضعف أداء البطارية.
أجرى فريق البحث بحثا حول تصنيع أغشية الكهارل المرنة لبطاريات الحالة الصلبة بالكامل. عندما يتم خلط سائل خاص يسهل حركة أيونات الليثيوم مع أكسيد السيليكون ، يمكن تشكيل فيلم زجاجي مشابه للعدسات اللاصقة الناعمة. يمكن ضبط النعومة ببساطة عن طريق تغيير كمية السيليكا.
هذه المرة ، خفض فريق البحث كمية أكسيد السيليكون الموجودة في غشاء المنحل بالكهرباء إلى النصف ، مما يجعله يشبه الهلام. ثم يتم خلطه مع راتنج يتصلب عند تعرضه للأشعة فوق البنفسجية ، ويمكن تشكيله باستخدام طابعة 3D.
تقليل تركيز أكسيد السيليكون في المنحل بالكهرباء لجعل المنحل بالكهرباء يشبه الهلام ، وتصنيع البطارية من خلال طابعة 3D (الصورة مقدمة من جامعة توهوكو ، اليابان)
أكدت التجارب أنه من خلال تغيير المنحل بالكهرباء ، وأكسيد الكوبالت الليثيوم للقطب الموجب ، وتيتانات الليثيوم للقطب السالب ، وما إلى ذلك إلى مواد تشبه الهلام ، يمكن تصنيع البطارية بواسطة طابعة 3D وحدها. يقال أنه يمكن إنتاجه في حوالي ساعتين.
يمكن صنعه ببساطة عن طريق طلاء المادة وتشعيعها بالأشعة فوق البنفسجية دون تسخين في درجة حرارة عالية ، مما قد يقلل بشكل كبير من تكلفة التصنيع. المنحل بالكهرباء المرن أقل عرضة للتشقق ويتناسب بهدوء حتى مع توسع العضو وانقباضه.
يمكن شحن البطارية المنتجة تجريبيا وتفريغها بشكل ثابت لأكثر من 100 مرة. كما تم تأكيد السلامة من خلال اختبارات الحريق ، إلخ. وقال البروفيسور هونما: "طالما أن البيانات مدخلة، يمكن تغيير الحجم والشكل حسب الرغبة".
المشكلة التي تواجه التطبيق العملي هي أن الموصلية الأيونية للإلكتروليت ليست عالية بما فيه الكفاية. نظرا لأن أيونات الليثيوم لا يمكنها التحرك بسلاسة ، فمن الصعب إطلاق كميات هائلة من الطاقة في لحظة.
سيقوم فريق البحث بتعديل تكوين المادة بهدف تحسين الموصلية الأيونية. كانت التجارب على السيارة المطورة التي تعمل بالبطارية ناجحة ، حيث وصلت إلى سرعة قصوى تبلغ 30 كيلومترا في الساعة. سيقوم الباحثون بإجراء تحسينات تكرارية لزيادة طاقة الإخراج والنظر في تركيبها على السيارات الكهربائية النقية. سنقوم أيضا بتطوير مواد الكاثود بقوة بكثافة طاقة عالية.
الهدف من المرحلة الأولى هو تحقيق التطبيق العملي في إمدادات الطاقة من أجهزة الاستشعار والمحطات الطرفية القابلة للارتداء.
