Базираната в Сан Хосе стартираща компания за 3D печат Sakuu (първоначално KeraCel) смята, че най-накрая може да е разбила кода и да е открила светия граал, който най-накрая може да направи твърдотелните батерии практическа реалност във всичко – от микроелектрониката до големите електрически превозни средства. Тук обяснихме многото предимства на твърдотелните батерии, включително тяхната присъща противопожарна безопасност, неподатливост на замръзване, подобрена енергийна плътност и т.н. Напредъкът на Sakuu е толкова пробив в 3D печата, колкото и в химията на батериите и неговия Swift Print технологията за батерии обещава да даде възможност за производство на батерии във форм-фактори по поръчка, които може да не приличат на днешните торбички, призматични или цилиндрични клетки.

Какво е химията?

Статиите за твърдотелни батерии често сравняват производителността с „литиево-йонната“ химия, което винаги означава, общо взето, преобладаващата литиево-йонна химия, която използва течни електролити. Батерията на Sakuu също така включва литиево-йонна химия (за разлика от оловно-киселинна или цинк-въздух например), като нейната подкатегория е литиев метал, за разлика от най-популярните никел-манган-кобалт (NMC) или литиево-желязо -фосфат (LFP) например. Това означава, че анодът е чист литий.

Що се отнася до електролита – който е от решаващо значение за дългосрочното здраве и безопасност на всяка базирана на литий батерия – това все още е ревностно пазена тайна, въпреки защитата на повече от 80 патента. Това, което знаем за това какво разделя анода и катода в тази 3D отпечатана твърда батерия, е, че тя е разработена в Училището по инженерство и приложни науки Джон А. Полсън към Харвард и се състои от различни материали с различни характеристики, предназначени да контролират и задържат литиево-металните нишки или „дендрити“, които могат да се образуват върху анода, особено по време на бързо зареждане, заплашвайки да пробият разделителните слоеве и да причинят късо съединение на батерията.

Как работи процесът на 3D принтиране на Kavian?

Концепцията използва свързваща струйна техника, разработена от MIT, при която прахообразните частици се отлагат и след това се прилага течен агент, за да ги втвърди. По този начин Kavian процесът на Sakuu може да комбинира насипно отлагане със свързващо струйно нанасяне на втвърдяващия агент, за да образува по-дебел слой, може би с дебелина 25 микрона. След това същото оборудване може да се върне и да приложи метален токоприемник, който е с дебелина само няколко микрона, използвайки отлагане с метална струя (дебелината на човешки косъм е 70 микрона).

Платформата Kavian може да печата керамика, стъкло, метали и полимери в един слой – въпреки че компанията все още не е разкрила кои точно материали влизат в 3D отпечатаната твърда батерия. Процесът също така е проектиран да включва проверки на качеството с изкуствен интелект на всеки слой, за да се минимизират дефектите и бракуването. И процесът по своята същност намалява отпадъците, като прилага само необходимия материал и рециклира всеки излишък направо в машината.

3D принтиране на Solid-State Enabler

3D печатът е ключът към успеха на твърдотелната батерия на Sakuu, защото този тип батерия е като слоеста торта, в която слоевете трябва да са изключително тънки. Това ги прави трудни за боравене и осигуряването на непрекъсната връзка между тях без никаква течност е трудно. Използването на 3D принтер за нанасяне на всеки слой директно върху този отдолу елиминира този проблем. Друг специален сос/активатор е собственият помощен материал на Sakuu, наречен PoraLyte. Този материал може да бъде стратегически депозиран навсякъде, където е необходим канал или празнина, тъй като той изгаря по време на процеса на синтероване. Проблеми със съвместимостта могат да възникнат при наслояване на различни материали, но Sakuu разполага с цял екип от учени по материали, посветени на разрешаването и предотвратяването на подобни проблеми.ь

По-прост, по-малък. По-евтино производство

С процеса Sakuu Kavian суровините влизат в машината и излизат работещи батерии, преминавайки през много по-малко оборудване. В сравнение с днешния процес на производство на батерии от ролка до ролка, за дадена производителност, Сакуу вярва, че този подход може да намали производствения отпечатък с 44 процента, да намали капиталовите разходи с 23 процента, да намали броя на операциите с 69 процента, което води до общо намаление в производствените разходи от 33 процента. Една единствена машина с дължина 30 фута като тази на снимката по-горе се очаква да може да произвежда батерии с мощност 40 mWh/година (около 500 индивидуални EV), включвайки всички стъпки за отлагане и проверка, за да превърне суровините в работещи батерии.

Кога можете да карате 3D отпечатана батерия?

Може би скоро, ако сте на пазара за електрическо двуколесно превозно средство. Sakuu не е готов да разкрие нито един от клиентите си, но един от поддръжниците на компанията е Musashi Seimitsu, който произвежда скоростни кутии за мотоциклети и предавки за EV редукторни трансмисии, и компанията призна, че някакъв електронен велосипед ще бъде първата й мобилност приложение. Компанията също така разкри пред MotorTrend, че изглежда е първата, която успешно е отпечатала 3D напълно работеща батерия с персонализирани форми и размери.

Съоръжението на Sakuu в Сан Хосе също навлезе в ограничено производство на клетки за целите на тестване и проверка и скоро ще започне да ги доставя на неразкрити клиенти в автомобилната, мобилната, космическата промишленост и индустриите, вариращи от IoT устройства до медицинско оборудване. Компанията е запазила услугите на Porsche Consulting, за да помогне при проектирането на гигафабрики за комерсиално производство на 3D отпечатани литиево-метални и твърдотелни батерии и обяви партньорство с NGK за предоставяне на керамични материали. Сакуу не е сам. Германска компания, наречена Blackstone Resources AG, също твърди, че работи върху 3D отпечатани батерии, като в момента се работи върху твърдотелен вариант. Обещаваме да ви държим в течение за всички най-нови разработки.