3Dプリントバッテリー電極がグリーン輸送の発展を後押し

電池電極は、通常、活物質を攪拌してスラリーにし、シートに流し込み、圧延・スリットで袋状またはボタン状の電池セルを形成し、これらの電池セルを長方形または円筒形のシェルに配置することで作製されます。 この方法を使用してより多くの電力を蓄えるバッテリーを作るには、より厚い電極とこれらの電極を一緒に積み重ねる必要がありますが、これはひび割れを引き起こす可能性があります。 したがって、より良いパフォーマンスを追求すると、バッテリーパックが重くなり、大きくなる可能性がありますが、特定の製品に最高の効率とエネルギー範囲を提供することはできません。

「このような製造プロセスでは、バッテリーの設計に柔軟性が失われます」と、ソリューションに取り組んでいるPhotocentricの化学ディレクターであるSarahKarmel氏は述べています。ピーターバラを拠点とするステレオリソグラフィー3Dプリンターのサプライヤーは、現在3D印刷電極の技術を模索しており、電気自動車やドローンなどの他のバッテリー駆動製品への適用に取り組んでいます。アディティブマニュファクチャリングによって得られた電極は、任意の形状と構成に作成でき、より速い充電速度と軽量の電気自動車を製造するための新しい扉を開き、より良い航続距離を達成します-これは、長期的な不利な要因を克服するのに役立ちます電気自動車の開発。

3Dプリントはバッテリー電極構造を最適化できます
アディティブマニュファクチャリングは、従来の産業やアプリケーションに幾何学的設計の自由をもたらしました。ジェット燃料ノズルのコンポーネントが20個ではなく1個になったことを想像してみてください。または、電気自動車の構造コンポーネント、その重量従来の形状と比較すると、溶接プロセスの前のステップの半分。 3D印刷バッテリーは、幾何学的形状の自由をもたらすことができ、設計時に従来のバッテリーパックの形状にのみ適応するように車を制限するのではなく、バッテリーとバッテリーパックの設計を車の設計により適合させることができます。電気自動車の設計である新しい可能性をもたらします。



カーメルは、電気自動車のバッテリーの柔軟性は、バッテリーまたはバッテリーパックの全体的な形状に限定されないと考えています。電極自体、つまり、電池セルを構成するアノードとカソードの設計にも新しい機会があります。 Photocentricは、シミュレーション技術会社との協力を通じて、これまで不可能だった3D印刷技術を使用して最適化された電極構造の設計を学んでいます。



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「電極は、従来のモデルとは異なる方法で連携することができます」とカーメル氏は述べています。これらの新しいアーキテクチャのバッテリーは、より小さな面積とより柔軟な形状を占めるため、バッテリーのエネルギー密度を高くすることができます。例えば、アノードとカソードを挿入して積み重ねることで、積み重ねられたバッテリーよりも高いエネルギー密度と高い効率を備えたバッテリーを得ることができます。



3D印刷プロセスでは、電極の微細構造を変更してパフォーマンスを向上させることができます。ミクロ多孔性により、イオン解離の経路が導入され、イオンの流れと体積エネルギー密度が増加します。したがって、小型軽量のバッテリーでも同じ電力を得ることができます。バッテリーは、車やその他のアプリケーションに正確に適応するために、より多くの構成を持つことができます。

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「光重合技術」を使って電池を作る
これらの3Dプリント電池のプロセスは、他の製品の製造に使用される光重合プロセスと似ています。電極は、独自の光重合樹脂を使用して3Dプリントされます。この樹脂は、市販の電極粉末や導電性添加剤のバインダーとしてよく使用されます。印刷部品は部分的に洗浄および硬化され、脱脂および焼結されてポリマーが除去され、活性電極材料のみが残ります。 Photocentricは、3D印刷バッテリー用の独立したシステムを開発しました。部品は、印刷からクリーニング、後処理まで自動的に実行できるため、精密電極の汚染や損傷のリスクを回避できます。



3Dプリンティングバッテリープロジェクトが電気自動車に与える影響は、Photocentricが自社の事業で持続可能性を追求していることと一致しています。フォトセントリック3Dプリンターは、紫外線ではなく可視光を使用してフォトポリマー部品を硬化します。この要因は、マシンの稼働時のエネルギー消費が少ないことを意味します。再生可能資源とリサイクルからの新しい持続可能な材料の研究も進行中です。



これまで、同社はコバルト酸リチウム（LCO）やチタン酸リチウム（LTO）などの電極材料を研究しています。カーメル氏によると、3D印刷プラットフォームは材料とは何の関係もなく、他の既存のバッテリー化学をサポートすることもできます。 Photocentricの現在の目標は、最高の化学材料と最高の幾何学的デザインを提供できる業界パートナーを見つけ、自動車での3D印刷バッテリー技術を実証することです。



「実験室で動作中のバッテリーを印刷することはできますが、問題は、実際の機器でどれだけうまく動作するかということです」とカーメル氏は述べています。実際の機器で正常に動作する場合、3D印刷バッテリー電極は、より軽い電気自動車の基礎を築くことができ、バッテリーパックのサイズを変更することなく、より良い航続距離を提供します。同時に、今日の大型の重いバッテリーパックと同じ航続距離を提供できます。バッテリーの性能が向上すると、電気自動車の利用率が高まり、次の段階への持続可能な輸送が促進されます。

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