יפן מבינה את השימוש בהדפסת תלת מימד לייצור כל-סוללות המצב המוצק-
פרופסור Honma מאוניברסיטת Tohoku והעוזר Kobayashi Hiroaki ואחרים פיתחו את הטכנולוגיה של ייצור כל-סוללות המצב המוצק- עם מדפסות תלת-ממד. השתמש בחומרים שיכולים לשנות בחופשיות את הקשיות בעת היצירה. ניתן לייצר סוללות תוך מספר שעות בלבד ללא תהליכי הטמפרטורה הגבוהה- שנדרשו בעבר. הסוללה שהופקה-בניסוי עמדה במבחני ביצועים שונים ובעלת ביצועים מסוימים, שצפויים לתרום ליישום המעשי המוקדם של כל-סוללות המצב המוצק-.
האלקטרוליט הוא אחד המרכיבים החשובים של הסוללה והוא בדרך כלל במצב נוזלי, אך האלקטרוליט של סוללה-מוצק- הוא מוצק, והסיכון לתאונות שריפה קטן. תכונה נוספת של סוללה מסוג זה היא שהיא יכולה להגדיל את קיבולת האחסון ליחידת נפח על ידי ערימת סוללות. היא צפויה מאוד כסוללת-הדור הבא שיכולה להרחיב את טווח השיוט של כלי רכב חשמליים טהורים (EVs).
לממברנת האלקטרוליט שפותחה יש את אותה רכות כמו עדשת מגע רכה (תמונה באדיבות אוניברסיטת קיטו, יפן)
הזרם המרכזי של כל-סוללות המצב המוצק-הוא ללחוץ חזק על האלקטרודות וחומרי האלקטרוליט, ולחמם אותם למאות מעלות צלזיוס. עם זאת, תהליך החימום יקר, ויש מקרה של פיצוח תרמי. יחד עם זאת, עדיין יש בעיה. בשל קשיות האלקטרוליט, כאשר האלקטרודה החיובית והאלקטרודה השלילית מתרחבות ומתכווצות שוב ושוב עם הטעינה והפריקה, לא ניתן לחבר את השניים באופן הדוק, מה שגורם לביצועי סוללה גרועים.
צוות המחקר ביצע מחקר על ייצור של ממברנות אלקטרוליטים גמישות עבור כל -סוללות המצב המוצק-. כאשר מערבבים נוזל מיוחד המקל על תנועת יוני ליתיום עם תחמוצת סיליקון, יכול להיווצר סרט זכוכית הדומה לעדשת מגע רכה. ניתן להתאים את הרכות פשוט על ידי שינוי כמות הסיליקה.
הפעם, צוות המחקר הפחית בחצי את כמות תחמוצת הסיליקון הכלול בקרום האלקטרוליט, מה שהפך אותו לג'ל. לאחר מכן מערבבים אותו עם שרף שמתמצק בחשיפה לאור אולטרה סגול, וניתן לעצב אותו באמצעות מדפסת תלת מימד.
הפחת את ריכוז תחמוצת הסיליקון באלקטרוליט כדי להפוך את האלקטרוליט לג'ל -דומה, וייצור את הסוללה באמצעות מדפסת תלת מימד (תמונה באדיבות אוניברסיטת טוהוקו, יפן)
ניסויים אישרו כי על ידי שינוי האלקטרוליט, תחמוצת ליתיום קובלט עבור האלקטרודה החיובית, ליתיום טיטנאט עבור האלקטרודה השלילית וכו' לחומרים דמויי ג'ל, ניתן לייצר את הסוללה על ידי מדפסת תלת מימד בלבד. אומרים שאפשר לייצר אותו תוך כשעתיים.
זה יכול להתבצע על ידי ציפוי החומר פשוט והקרנתו בקרניים אולטרה סגולות ללא חימום בטמפרטורה גבוהה, מה שיכול להוזיל מאוד את עלות הייצור. האלקטרוליט הגמיש פחות נוטה להיסדק ומתאים ברכות גם כשהאיבר מתרחב ומתכווץ.
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."
הבעיה העומדת בפני יישום מעשי היא שהמוליכות היונית של האלקטרוליט אינה גבוהה מספיק. מכיוון שיוני ליתיום אינם יכולים לנוע בצורה חלקה, קשה לשחרר כמויות עצומות של אנרגיה ברגע.
צוות המחקר יתאים את הרכב החומר במטרה לשפר מוליכות יונית. ניסויים עם המכונית המונעת על ידי סוללה-שפותחה הצליחו, והגיעו למהירות מרבית של 30 קילומטרים לשעה. החוקרים יבצעו שיפורים איטרטיביים כדי להגדיל את הספק התפוקה וישקלו התקנתו על כלי רכב חשמליים טהורים. כמו כן, נפתח במרץ חומרים קתודיים בעלי צפיפות אנרגיה גבוהה.
מטרת השלב הראשון היא לממש יישום מעשי באספקת החשמל של חיישנים ומסופים לבישים.
