3D プリントを使用して電気自動車用のリチウム電池を完成させるというのは夢物語でしょうか?

この投稿は、Little Soft Bear によって 2021-8-12 15:08 に最後に編集されました。

出典: TCTアジアパースペクティブ

ジェニファー A. ルイスの回想によれば、新エネルギー車用のリチウム電池に 3D プリントを使用するという最初のアイデアは、シェン J. ディロンとの話し合いから生まれたという。2 人はそのアイデアが理論的には実現可能であることに同意し、一緒にプロジェクトの研究を始めた。

PhotocentricのLC Maximusマシン

2013年、ルイス氏はハーバード大学に入学し、「3Dプリント架橋リチウムイオンマイクロバッテリーアーキテクチャ」と題する論文を発表し、いくつかのバッテリー企業の注目を集めました。ルイス氏と彼女のチームは、1ミクロンほどの小さな寸法のフィラメント状の機能性インクをパターン化する3D印刷技術を実証しました。

インクの組成とレオロジーも最適化され、インクが堆積ノズルを通過して約 30 ミクロンの厚さでバッテリー電極を印刷できることが保証されました。同時に、材料は構造的完全性を備え、剥離や変形を起こさずに乾燥と焼結に耐える必要もありました。これらの材料を配合した後、彼らは 3D プリンティングの新たな地平を切り開きました。

ルイス氏は次のように語った。「3D プリントされたバッテリーは、当初から私たちが望んでいた最終結果ではありませんでした。重要なのは、このバッテリーの性能がバルクバッテリーと同等であることがわかったことです。マイクロスケールで印刷できるため、性能はまったく低下せず、小型バッテリーの作成が可能になります。私たちは、砂粒ほどの大きさで、何度も充電できる機能的なバッテリーを印刷しようとしています。」

数年後、3Dプリントリチウム電池に関する議論は英国に広がり、そこではPhotocentricのマネージングディレクターであるポール・ホルト氏と化学研究開発責任者であるサラ・カーメル博士も電池内のエネルギー密度について議論し、そのような用途における3Dプリントの有効性について考え、業界パートナーと連絡を取っていました。同社は2020年9月に3Dプリントバッテリー専門の部門を設立し、電極のアーキテクチャ、構造、製造を探求する複数のプロジェクトを立ち上げた。

△ サラ・カーメル博士、化学研究開発部長

カーメル博士は次のように語った。「厚い電極という概念は以前から存在しており、高エネルギー密度のバッテリーを得るための最も簡単な方法です。問題は、厚い電極がリチウムイオンの流れを妨げることです。しかし、この問題は多孔性とリチウムイオンの流路を設計することで解決できます。3D プリントはそれを実現する最良の方法です。」

一方、米国のルイス氏のチームは、バッテリーの正極と負極を印刷し、バッテリーのすべてのコンポーネントを印刷する能力を実証しており、これがアプリケーションの方向性を策定する動機となっています。

△リチウムイオン電気自動車用バッテリー

ルイス氏は次のように説明した。「この機能があれば、マイクロバッテリーの域を超えることができます。私たちがこのプロジェクトを初めて 3D プリントで実行したとき、ボタン電池、スラッジシリンダー、薄膜マイクロバッテリーは作れるものの、他に選択肢がなかったことが原動力の 1 つでした。バッテリーメーカーは 3D プリント技術を使用して、特定の形状のバッテリーを作ることができます。たとえば、補聴器を持っていて、補聴器で使用されていないスペースにバッテリーを取り付けたい場合、異なる形状の 3D バッテリーをプリントできます。これにより、体積効率が向上するだけでなく、バッテリーの設計スペースも広がります。」

これは、Photocentric がバッテリー分野に参入する主な動機でもあります。同社は主に LCD スクリーンの 3D プリント技術を活用して研究を進めています。テクノロジーの多くは知的財産で保護されていますが、カーメル博士は、920 x 510 x 800mmの造形容積と43インチのLCDスクリーンを備えた同社のLC Maximusマシンについて簡単に説明しました。

90 インチの LCD スクリーンを備えたプロトタイプもあり、LC Nano と呼ばれる別のプロトタイプシステムは 20 ミクロンまでの精度を実現できます。 Photocentric 社は、これらのマシンを「特定のタイプのフォトポリマーマトリックス」と組み合わせており、このマトリックスには活性電極材料が非常に多く含まれているという。

同社は現在、3つのプロジェクトに携わっており、最初のプロジェクトでは固体電池用の高密度単一電極の設計に焦点を当て、2番目では電極の構造と構築に焦点を当て、3番目では電極の製造方法を研究しています。 Photocentric の目標は、商業化され、大規模に使用できるバッテリーを開発することです。彼らは、電気自動車市場は3Dプリントバッテリーがもたらす利点を切実に必要としていると考えています。

「平均的な電気自動車の重量は2～3トンで、より軽いバッテリーを作れれば、大きな変化が生まれるだろう」とカーメル氏は言う。「充電速度が速くなり、エネルギー密度が高まれば、電気自動車の寿命が延びる。電気自動車だけでなく、ドローンに軽量のバッテリーを搭載すれば、より長く飛行できる。こうした軽量用途では、バッテリーの形状が大きな違いを生むだろう」

世界的な気候危機と政府による炭素排出量削減の推進の中で、電気自動車市場は急速に成長している。欧州連合は2030年までに少なくとも3000万台の二酸化炭素排出ゼロ車を路上に走らせることを目標としており、一方英国は昨年10月、国内でのガソリン車とディーゼル車の販売を段階的に廃止する計画を発表した。 Photocentric は、自社のフォトポリマー 3D 印刷技術がこの市場で求められるバッテリー設計の原則を満たすことができると考えています。一方、ルイス氏はハイブリッド機能という別のチャンスを見出しています。

ルイス氏は、3Dプリントバッテリーに関しては、まだ学界より少なくとも10年遅れており、ゆっくりと発展していると考えています。しかし、Photocentric、Addionics、Blackstone、Sakuu などの企業の出現により、ルイス氏は商用 3D プリントバッテリーの開発分野に自信を持つようになりました。

ルイス氏は次のように結論づけています。「3D プリントは、バッテリーの形状や形態に関して設計の余地を広げ、より複雑な構造を提供します。3D プリントをエネルギー貯蔵だけでなく構造要素にも使用し、複数の材料を一緒に印刷できるようにすれば、設計の余地がさらに広がり、リチウムバッテリーの容積内にさらに多くのエネルギーを貯蔵できるようになります。私の実験チームの現在の研究では、まだ表面に触れただけであり、誰もが将来の開発の余地を楽しみにしていると思います。」

3D プリントを使用して電気自動車用のリチウム電池を完成させるというのは夢物語でしょうか?

CTIBiotech、ワクチンの安全性試験を改善するためにバイオプリントされた人体モデルを開発

玩具会社3DKToysが接続された3Dプリントオブジェクトの特許を取得

3Dプリントされた中空マイクロニードルは遠隔制御による感知と薬物送達を可能にする

武漢岩石土壌工学研究所などは、3Dプリントされた岩石の機械的特性と細孔構造の特性評価の研究で進歩を遂げた。

朗報です。ZDCube の Photon Mono X が「2020 Contemporary Good Design Award」を受賞しました。

中国、初の3Dプリントによる人体修復を完了：高齢男性の頭部損傷

Xiao Tが北京の第一回ミニメーカーフェアを案内します

林州で年間生産量3万トンの3Dプリント砂型鋳造プロジェクトが始動

ESG コーポレートバスケットボールチャリティー招待トーナメント、3D テクノロジーを使用してトロフィーと環境メダルを印刷

軽度の代償性側弯症は3Dプリント矯正器具で矯正できる

推薦する

新郷大学の3Dプリント卒業生が不足、河南省の3Dプリント産業技術革新戦略同盟が設立される

レビュー: 2015 年の医療分野における FDM アプリケーションの進歩

ウルフクローの最新ハイキングバックパックは、3Dプリント技術を使用して機能性を向上させています

Vertical Cube は、Texas Instruments DLP® テクノロジーを搭載した Photon Ultra を発売し、デスクトップ光硬化テクノロジーの革新をリードします。

3Dプリント自動車部品製品に適用可能なプロセスのカタログ（コメント用草案）

3Dプリントサービスプロバイダーのマテリアライズは、HP 3Dプリンターを導入すると発表した。

歯列矯正器具に別れを告げる - 3Dプリントが歯列矯正に革新をもたらす

3D プリントされたドリルビットホルダーにより、フロントガラスの修理が簡単になります。

2017年CAMEメインフォーラムからの専門家レポート、最先端の視点がぶつかり合う

HP 3Dプリンター現場写真

韓国の科学者が3Dプリント技術を使って超小型発電装置を開発

オープンソースで完全に 3D プリントされた Hovalin バイオリンの木製バージョンが発売されました。

トリアゾン、IgAN腎疾患の治療用に3DプリントされたD23ブデソニド錠を発売

2020年東京パラリンピックに向けたMarkforgedの3Dプリント補助器具

パデュー大学が粘性材料の3Dプリント法を発明