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日本實(shí)現(xiàn)用3D打印制造全固態(tài)電池
時(shí)間:2021-12-21 17:49來(lái)源:日經(jīng)中文網(wǎng) 作者:綜合報(bào)道
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日本東北大學(xué)教授本間格和助教小林弘明等人開(kāi)發(fā)出了用3D打印機(jī)制作全固態(tài)電池的技術(shù)。制作時(shí)使用可以自由改變硬度的材料。只需幾個(gè)小時(shí)就能制成電池，而且不必實(shí)施以往需要的高溫工序。試制出來(lái)的電池經(jīng)受住了各種性能測(cè)試，具備一定性能，有望對(duì)全固態(tài)電池的早日實(shí)用化作出貢獻(xiàn)。
電解質(zhì)是電池的主要構(gòu)成部分之一，通常為液體狀態(tài)，但全固態(tài)電池的電解質(zhì)為固體，發(fā)生起火事故等的危險(xiǎn)性較小。這種電池的另外一個(gè)特點(diǎn)是，可通過(guò)層疊電池來(lái)增加單位體積的蓄電量。作為可延長(zhǎng)純電動(dòng)汽車（EV）續(xù)航距離的新一代電池備受期待。
開(kāi)發(fā)的電解質(zhì)膜具備類似軟性隱形眼鏡一樣的柔軟性（圖片由日本北東大學(xué)提供）
全固態(tài)電池的主流是把電極和電解質(zhì)材料進(jìn)行強(qiáng)力壓合，加熱到攝氏數(shù)百度后制成。但加熱工序需要花費(fèi)成本，而且存在受熱開(kāi)裂的情況。同時(shí)還存在課題，由于電解質(zhì)較硬，正極和負(fù)極隨著充放電反復(fù)膨脹和收縮時(shí)，二者無(wú)法緊密貼合，導(dǎo)致電池性能變差。
研究團(tuán)隊(duì)實(shí)施了面向全固態(tài)電池制作軟性電解質(zhì)膜的研究。把有利于鋰離子運(yùn)動(dòng)的特殊液體和氧化硅混合之后，可以形成類似于軟性隱形眼鏡的玻璃膜。只要改變氧化硅的用量，就能調(diào)整柔軟度。
此次，研究團(tuán)隊(duì)把電解質(zhì)膜中所含的氧化硅量減少一半，使其變成凝膠狀。然后再與經(jīng)過(guò)紫外線照射就會(huì)凝固的樹脂混合在一起，就可以用3D打印機(jī)塑造成型。
降低電解質(zhì)中的氧化硅濃度，使電解質(zhì)變?yōu)槟z狀，通過(guò)3D打印機(jī)制造電池（圖片由日本東北大學(xué)提供）
實(shí)驗(yàn)證實(shí)，通過(guò)把電解質(zhì)、正極用鈷酸鋰、負(fù)極用鈦酸鋰等變成凝膠狀材料，僅靠3D打印機(jī)就能制作出電池。據(jù)稱兩個(gè)小時(shí)左右就能制造出來(lái)。
只需涂上材料，用紫外線照射即可制作，不需要高溫加熱，可以大幅削減制造成本。柔性電解質(zhì)不易開(kāi)裂，即使構(gòu)件膨脹和收縮也能柔軟地貼合。
試制出來(lái)的電池可以穩(wěn)定充放電100次以上。安全性也已通過(guò)起火測(cè)試等進(jìn)行確認(rèn)。本間教授表示，“只要輸入數(shù)據(jù)，大小和形狀可以隨意改變”。
實(shí)用化面臨的課題是電解質(zhì)的離子電導(dǎo)性不夠高。由于鋰離子無(wú)法順利移動(dòng)，很難瞬間釋放出巨大能量。
研究團(tuán)隊(duì)將調(diào)整材料的成分，目標(biāo)是提高離子電導(dǎo)性。利用開(kāi)發(fā)的電池驅(qū)動(dòng)汽車行駛的實(shí)驗(yàn)已取得成功，實(shí)驗(yàn)時(shí)的最高時(shí)速達(dá)到30公里。研究人員將反復(fù)進(jìn)行改進(jìn)，提升輸出功率，考慮將其安裝在純電動(dòng)汽車上。還將大力開(kāi)發(fā)能量密度高的正極材料。
首階段目標(biāo)是在傳感器和可穿戴終端的電源等用途方面實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。
(責(zé)任編輯：子蕊)
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3D打印
全固態(tài)電池
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