일본은 모든{1}}고체{2}}배터리 제조에 3D 프린팅 사용을 실현합니다.
도호쿠 대학의 Honma 교수와 조교인 Kobayashi Hiroaki 등이 3D 프린터로 모든{0}}고체{1}배터리를 만드는 기술을 개발했습니다. 제작 시 경도를 자유롭게 변경할 수 있는 재료를 사용합니다. 배터리는 과거에 필요한 고온 공정 없이 단 몇 시간 만에{3}}만들 수 있습니다. 시험 생산된-배터리는 다양한 성능 테스트를 견뎌냈고 일정한 성능을 가지고 있어 모든-고체{6}} 배터리의 조기 실용화에 기여할 것으로 기대됩니다.
전해액은 배터리의 중요한 구성 요소 중 하나이며 일반적으로 액체 상태이지만 모든{0}}고체{1}}배터리의 전해액은 고체이므로 화재 사고의 위험이 적습니다. 이 배터리의 또 다른 특징은 배터리를 적층하여 단위 부피당 저장 용량을 늘릴 수 있다는 것입니다. 순수 전기차(EV)의 주행 범위를 확장할 수 있는{2}차세대 배터리로 큰 기대를 모으고 있습니다.
개발된 전해질막은 소프트 콘택트렌즈와 같은 부드러움(이미지 제공: 일본 Kitto University)
모든{0}}고체{1}}배터리의 주류는 전극과 전해질 재료를 강하게 누르고 수백 섭씨로 가열하는 것입니다. 다만, 가열 공정에 비용이 많이 들고 열 균열이 발생하는 경우가 있다. 동시에 여전히 문제가 있습니다. 전해액의 경도로 인해 충방전과 함께 양극과 음극이 팽창과 수축을 반복하게 되면 두 전극이 밀착되지 못하여 배터리 성능이 저하됩니다.
연구팀은 모든{0}}고체{1}}배터리용 가요성 전해질 막 제조에 대한 연구를 수행했습니다. 리튬이온의 이동을 촉진하는 특수액체를 산화규소와 혼합하면 소프트콘택트렌즈와 유사한 유리막을 형성할 수 있다. 부드러움은 실리카의 양을 변경하여 간단하게 조정할 수 있습니다.
이번에 연구팀은 전해질막에 포함된 산화규소의 양을 절반으로 줄여서 젤처럼{0}}만들었습니다. 그런 다음 자외선에 노출되면 응고되는 수지와 혼합되어 3D 프린터를 사용하여 성형할 수 있습니다.
전해질의 산화규소 농도를 줄여 전해질 젤을{0}} 만들고 3D 프린터를 통해 배터리를 제조합니다(이미지 제공: 일본 도호쿠 대학).
실험을 통해 전해질, 양극용 리튬 코발트 산화물, 음극용 리튬 티타네이트 등을 젤과 같은 물질로 변경하면 3D 프린터만으로 배터리를 만들 수 있음이{0}확인되었습니다. 약 2시간이면 제작이 가능하다고 합니다.
고온에서 가열하지 않고 단순히 재료를 코팅하고 자외선을 조사하여 만들 수 있어 제조 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 유연한 전해질은 균열이 생기기 쉽고 부재의 팽창 및 수축에도 부드럽게 맞습니다.
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."
실제 적용이 직면한 문제는 전해질의 이온 전도도가 충분히 높지 않다는 것입니다. 리튬 이온은 원활하게 이동할 수 없기 때문에 한 순간에 엄청난 양의 에너지를 방출하기가 어렵습니다.
연구팀은 이온 전도성 향상을 목표로 재료의 조성을 조정할 예정이다. 개발된 배터리로 구동되는 자동차의 실험은{0}성공적으로 시속 30km의 최고 속도에 도달했습니다. 연구원들은 출력을 높이기 위해 반복적으로 개선하고 순수 전기 자동차에 설치하는 것을 고려할 것입니다. 에너지 밀도가 높은 양극재도 적극 개발하겠습니다.
첫 번째 단계의 목표는 센서 및 웨어러블 터미널의 전원 공급 장치에 실제 적용을 실현하는 것입니다.
