जापान ने सभी-सॉलिड-स्टेट बैटरियों के निर्माण के लिए 3D प्रिंटिंग के उपयोग को महसूस किया
तोहोकू विश्वविद्यालय के प्रोफेसर होनमा और सहायक कोबायाशी हिरोकी और अन्य ने 3D प्रिंटर के साथ सभी-ठोस-स्टेट बैटरी बनाने की तकनीक विकसित की है। उन सामग्रियों का उपयोग करें जो क्राफ्टिंग के दौरान कठोरता को स्वतंत्र रूप से बदल सकते हैं। अतीत में आवश्यक उच्च-तापमान प्रक्रियाओं के बिना बैटरियों को कुछ ही घंटों में बनाया जा सकता है। परीक्षण-उत्पादित बैटरी ने विभिन्न प्रदर्शन परीक्षणों का सामना किया है और इसका कुछ निश्चित प्रदर्शन है, जिससे सभी -ठोस-स्टेट बैटरियों के प्रारंभिक व्यावहारिक अनुप्रयोग में योगदान करने की उम्मीद है।
इलेक्ट्रोलाइट बैटरी के महत्वपूर्ण घटकों में से एक है और आमतौर पर तरल अवस्था में होता है, लेकिन एक संपूर्ण-ठोस-स्टेट बैटरी का इलेक्ट्रोलाइट ठोस होता है, और आग दुर्घटनाओं का जोखिम कम होता है। इस प्रकार की बैटरी की एक अन्य विशेषता यह है कि यह बैटरियों को ढेर करके भंडारण क्षमता प्रति यूनिट आयतन बढ़ा सकती है। यह अगली-पीढ़ी की बैटरी के रूप में अत्यधिक प्रत्याशित है जो शुद्ध इलेक्ट्रिक वाहनों (ईवी) की क्रूज़िंग रेंज का विस्तार कर सकती है।
विकसित इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली में एक नरम संपर्क लेंस के समान कोमलता है (किटो विश्वविद्यालय, जापान की छवि सौजन्य)
सभी-ठोस-स्टेट बैटरियों की मुख्य धारा इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट सामग्री को ज़ोर से दबाना और उन्हें सैकड़ों डिग्री सेल्सियस तक गर्म करना है। हालांकि, हीटिंग प्रक्रिया महंगी है, और थर्मल क्रैकिंग का मामला है। साथ ही, अभी भी एक समस्या है। इलेक्ट्रोलाइट की कठोरता के कारण, जब सकारात्मक इलेक्ट्रोड और नकारात्मक इलेक्ट्रोड बार-बार विस्तार करते हैं और चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के साथ अनुबंध करते हैं, तो दोनों को बारीकी से संलग्न नहीं किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप खराब बैटरी प्रदर्शन होता है।
अनुसंधान दल ने सभी-ठोस-स्टेट बैटरियों के लिए लचीली इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली के निर्माण पर शोध किया। जब लिथियम आयनों की गति को सुविधाजनक बनाने वाला एक विशेष तरल सिलिकॉन ऑक्साइड के साथ मिलाया जाता है, तो एक नरम संपर्क लेंस के समान एक कांच की फिल्म बनाई जा सकती है। केवल सिलिका की मात्रा को बदलकर कोमलता को समायोजित किया जा सकता है।
इस बार, अनुसंधान दल ने इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली में निहित सिलिकॉन ऑक्साइड की मात्रा को आधा कर दिया, जिससे यह जेल जैसा हो गया-। फिर इसे एक राल के साथ मिलाया जाता है जो पराबैंगनी प्रकाश के संपर्क में आने पर जम जाता है, और इसे 3D प्रिंटर का उपयोग करके आकार दिया जा सकता है।
इलेक्ट्रोलाइट जेल बनाने के लिए इलेक्ट्रोलाइट में सिलिकॉन ऑक्साइड की सांद्रता को कम करें-, और 3D प्रिंटर के माध्यम से बैटरी का निर्माण करें (तस्वीर तोहोकू विश्वविद्यालय, जापान के सौजन्य से)
प्रयोगों ने पुष्टि की है कि इलेक्ट्रोलाइट, सकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड, नकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए लिथियम टाइटेनेट, आदि को जेल जैसी सामग्री - में बदलकर, बैटरी को अकेले 3D प्रिंटर द्वारा बनाया जा सकता है। कहा जाता है कि इसे करीब दो घंटे में तैयार किया जा सकता है।
यह केवल सामग्री को कोटिंग करके और इसे उच्च तापमान पर गर्म किए बिना पराबैंगनी किरणों से विकिरणित करके बनाया जा सकता है, जो विनिर्माण लागत को बहुत कम कर सकता है। लचीले इलेक्ट्रोलाइट में दरार पड़ने की संभावना कम होती है और सदस्य के फैलने और सिकुड़ने पर भी यह नरम रूप से फिट बैठता है।
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."
व्यावहारिक अनुप्रयोग के सामने समस्या यह है कि इलेक्ट्रोलाइट की आयनिक चालकता पर्याप्त रूप से अधिक नहीं है। चूंकि लिथियम आयन सुचारू रूप से नहीं चल सकते हैं, इसलिए भारी मात्रा में ऊर्जा को एक पल में छोड़ना मुश्किल है।
शोध दल आयनिक चालकता में सुधार के लक्ष्य के साथ सामग्री की संरचना को समायोजित करेगा। विकसित बैटरी के साथ प्रयोग-संचालित कार सफल रही है, जो 30 किलोमीटर प्रति घंटे की शीर्ष गति तक पहुंच गई है। शोधकर्ता उत्पादन शक्ति बढ़ाने के लिए पुनरावृत्त सुधार करेंगे और इसे शुद्ध इलेक्ट्रिक वाहनों पर स्थापित करने पर विचार करेंगे। हम उच्च ऊर्जा घनत्व वाले कैथोड सामग्री को भी सख्ती से विकसित करेंगे।
पहले चरण का लक्ष्य सेंसर और पहनने योग्य टर्मिनलों की बिजली आपूर्ति में व्यावहारिक अनुप्रयोग का एहसास करना है।
