ญี่ปุ่นตระหนักถึงการใช้การพิมพ์ 3 มิติเพื่อผลิตแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมด
ศาสตราจารย์มหาวิทยาลัยโทโฮคุฮอนมะและผู้ช่วย Kobayashi Hiroaki และอื่น ๆ ได้พัฒนาเทคโนโลยีการทําแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ใช้วัสดุที่สามารถเปลี่ยนความแข็งได้อย่างอิสระเมื่อหัตถกรรม แบตเตอรี่สามารถทําได้ในเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมงโดยไม่ต้องใช้กระบวนการที่อุณหภูมิสูงในอดีต แบตเตอรี่ที่ผลิตจากการทดลองได้ทนต่อการทดสอบประสิทธิภาพที่หลากหลายและมีประสิทธิภาพบางอย่างซึ่งคาดว่าจะมีส่วนร่วมในการใช้งานจริงในช่วงต้นของแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมด
อิเล็กโทรไลต์เป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สําคัญของแบตเตอรี่และมักจะอยู่ในสถานะของเหลว แต่อิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดเป็นของแข็งและความเสี่ยงของการเกิดอุบัติเหตุไฟไหม้มีขนาดเล็ก คุณสมบัติอีกประการหนึ่งของแบตเตอรี่ประเภทนี้คือสามารถเพิ่มความจุในการจัดเก็บต่อปริมาตรหน่วยโดยการซ้อนแบตเตอรี่ คาดว่าจะเป็นแบตเตอรี่รุ่นใหม่ที่สามารถขยายช่วงการล่องเรือของรถยนต์ไฟฟ้าบริสุทธิ์ (EVs)
เมมเบรนอิเล็กโทรไลต์ที่พัฒนาแล้วมีความนุ่มนวลเช่นเดียวกับคอนแทคเลนส์ที่อ่อนนุ่ม (เอื้อเฟื้อภาพโดยมหาวิทยาลัย Kitto ประเทศญี่ปุ่น)
กระแสหลักของแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดคือการกดอิเล็กโทรดและวัสดุอิเล็กโทรไลต์อย่างรุนแรงและให้ความร้อนถึงหลายร้อยองศาเซลเซียส อย่างไรก็ตามกระบวนการทําความร้อนมีค่าใช้จ่ายสูงและมีกรณีของการแตกร้าวด้วยความร้อน ในเวลาเดียวกันยังคงมีปัญหา เนื่องจากความแข็งของอิเล็กโทรไลต์เมื่อขั้วบวกและขั้วลบขยายตัวซ้ํา ๆ และหดตัวด้วยการชาร์จและการคายประจุทั้งสองไม่สามารถติดอย่างใกล้ชิดส่งผลให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ไม่ดี
ทีมวิจัยได้ทําการวิจัยเกี่ยวกับการประดิษฐ์เมมเบรนอิเล็กโทรไลต์ที่ยืดหยุ่นสําหรับแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมด เมื่อของเหลวพิเศษที่อํานวยความสะดวกในการเคลื่อนที่ของลิเธียมไอออนผสมกับซิลิคอนออกไซด์ฟิล์มแก้วที่คล้ายกับคอนแทคเลนส์อ่อนสามารถเกิดขึ้นได้ ความนุ่มนวลสามารถปรับได้ง่ายๆโดยการเปลี่ยนปริมาณซิลิกา
คราวนี้ทีมวิจัยลดปริมาณซิลิคอนออกไซด์ที่มีอยู่ในเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์ลงครึ่งหนึ่งทําให้เหมือนเจล จากนั้นผสมกับเรซินที่แข็งตัวเมื่อสัมผัสกับแสงอัลตราไวโอเลตและสามารถมีรูปร่างโดยใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ
ลดความเข้มข้นของซิลิคอนออกไซด์ในอิเล็กโทรไลต์เพื่อให้อิเล็กโทรไลต์เจลเหมือนและผลิตแบตเตอรี่ผ่านเครื่องพิมพ์ 3 มิติ (เอื้อเฟื้อภาพโดยมหาวิทยาลัยโทโฮคุประเทศญี่ปุ่น)
การทดลองยืนยันว่าโดยการเปลี่ยนอิเล็กโทรไลต์ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์สําหรับอิเล็กโทรดบวกลิเธียมไททาเนตสําหรับอิเล็กโทรดลบ ฯลฯ เป็นวัสดุคล้ายเจลแบตเตอรี่สามารถทําโดยเครื่องพิมพ์ 3 มิติเพียงอย่างเดียว ว่ากันว่าสามารถผลิตได้ในเวลาประมาณสองชั่วโมง
มันสามารถทําโดยเพียงแค่เคลือบวัสดุและฉายรังสีด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตโดยไม่ต้องให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงซึ่งสามารถลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมาก อิเล็กโทรไลต์ที่มีความยืดหยุ่นมีแนวโน้มที่จะแตกร้าวน้อยลงและพอดีกับความนุ่มนวลแม้ในขณะที่สมาชิกขยายตัวและหดตัว
แบตเตอรี่ที่ผลิตโดยการทดลองสามารถชาร์จและคายประจุได้อย่างเสถียรนานกว่า 100 ครั้ง ความปลอดภัยยังได้รับการยืนยันจากการทดสอบอัคคีภัย ฯลฯ ศาสตราจารย์ Honma กล่าวว่า "ตราบใดที่ข้อมูลถูกป้อนขนาดและรูปร่างสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามต้องการ"
ปัญหาที่เผชิญกับการใช้งานจริงคือการนําไฟฟ้าไอออนิกของอิเล็กโทรไลต์ไม่สูงพอ เนื่องจากลิเธียมไอออนไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างราบรื่นจึงเป็นการยากที่จะปล่อยพลังงานจํานวนมากในทันที
ทีมวิจัยจะปรับองค์ประกอบของวัสดุโดยมีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงการนําไฟฟ้าไอออนิก การทดลองกับรถยนต์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ที่พัฒนาแล้วประสบความสําเร็จด้วยความเร็วสูงสุด 30 กิโลเมตรต่อชั่วโมง นักวิจัยจะทําการปรับปรุงซ้ําเพื่อเพิ่มกําลังขับและพิจารณาติดตั้งบนรถยนต์ไฟฟ้าบริสุทธิ์ นอกจากนี้เรายังจะพัฒนาวัสดุแคโทดที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงอย่างจริงจัง
เป้าหมายของขั้นตอนแรกคือการตระหนักถึงการใช้งานจริงในแหล่งจ่ายไฟของเซ็นเซอร์และขั้วที่สวมใส่ได้
