これらの 3D

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シリコンバレーの新興企業サクウは、あらゆる形状やサイズの全固体電池を大量生産できる3Dプリンティングプラットフォームを開発し、ついにこの技術の多くの利点を活用できるようになったという。

「私たちは、当社の新しい Kavian プラットフォームを使用して全固体電池を大規模に製造する唯一の既知のソリューションを持っていると信じています」と、Sakuu の創設者兼 CEO の Robert Bagheri 氏は述べています。

全固体電池:今日のバッテリー駆動デバイスのほとんどはリチウムイオンバッテリーに依存しているため、劣化が早く、充電に時間がかかり、場合によっては発火する可能性があります。 このため、電気自動車（EV）、再生可能エネルギー貯蔵、その他の気候変動対策の用途には理想的ではありません。

全固体電池はリチウムイオンの優位性に挑戦する可能性がある。

「固体電池は、私が非常に興奮している最も重要なトピックの 1 つだと思います。」

これらは同じ基本部品を備えています。つまり、正に帯電したカソード、負に帯電したアノード、両者の間のセパレータ、およびカソードからアノードに電流を流す電解質です（バッテリの充電時にはその逆も同様です）。

全固体電池の違いは電解質です。電解質は液体やゲルではなく、固体材料です。

なぜそれが重要なのか:全固体電池には、リチウムイオン電池に比べて劣化が早く、充電時間が短く、安全上の危険が少ないなど、多くの利点があります。

また、エネルギー密度も高いため、より多くのエネルギーを蓄えたり、バッテリーのサイズを縮小したりできる可能性があります。 これは、バッテリーのサイズと重量が大きな問題となる電気自動車にとっては大きな影響を与える可能性があります。重いバッテリーは航続距離に大きな影響を及ぼします。

「固体電池は、私が非常に興奮している最も重要なトピックの1つだと思います」と、アルゴンヌ国立研究所エネルギー貯蔵科学共同センター所長のヴェンカット・スリニバサン氏はフリーシンクのハードリセットに語った。

チャレンジ：現在、多くの新興企業が研究室で全固体電池の利点を実証しており、これらの電池がペースメーカー、スマートウォッチ、その他の小型デバイスに導入されているのを見たこともあります。

しかし、スマートフォンやEVなどで全固体電池を使い始めたい場合は、それらを大量生産できる必要がありますが、その生産をスケールアップする商業的に実行可能な方法をまだ誰も見つけていません。

「私たちは全固体電池を大規模に製造するための既知の唯一のソリューションを持っていると信じています。」

その主な理由は、リチウムイオン電池の量産によく使われる方法、つまりフレキシブル基板の上に電池部品を積層する方法が、全固体電池の部品を組み合わせるのに理想的ではないことだ。

「個別の材料のシートを使用してそれを構築しようとすると、特に必要なスケール、通常は厚さ 20 ～ 30 ミクロンの場合に、正しく機能するインターフェースを得るのは非常に困難です」と、Sakuu のマーケティングおよびビジネス開発担当副社長の Dave Pederson 氏は述べています。とアディティブ・マニュファクチャリングに語った。

「それらは非常に扱いが難しく、液体を使用せずに適切に接触していることを確認するのは非常に困難です」と彼は続けた。

新着情報？サクウの Kavian プラットフォームは、個々のバッテリーコンポーネントを層に積み重ねる代わりに、3D プリンティングを使用して、リチウムイオン、リチウム金属、またはソリッドステートの設計に必要な材料を 1 つの層に組み立てます。これは、同社が「SwiftPrint」と呼ぶプロセスです。

「Kavian プラットフォームは、セラミック、ガラス、金属、ポリマーを同じ層に印刷できます」と、Sakuu のカスタマー イネーブルメント担当 SVP である Arwed Niestroj 氏は TCT Magazine に語った。

「従来の積層造形プロセスは 3D プリントの各ステップを連続して実行しますが、Kavian はすべてのステップを並行して実行するため、エネルギー、コスト、労働力、材料、時間を節約すると同時に、品質と信頼性も向上させる合理化されたモデルが可能になります。」と同氏は付け加えました。

主要なリチウムイオン電池と比較して、Sakuu 社の全固体電池は 50% 小型で 40% 軽量であると述べています。 一方、Kavian プラットフォーム自体は、リチウムイオン電池の製造に従来使用されていた装置よりも 44% 小型です。

「Kavian プラットフォームは、固体電池の商業規模で持続可能な生産を可能にします。」

サクウ氏によれば、SwiftPrint は全固体電池の大規模な製造を可能にするだけでなく、メーカーにカスタムの形状やサイズで電池を製造するオプションも提供します。電池を収容するようにデバイスを設計するのではなく、デバイスに適合する電池を設計できるのです。

サクウは、2021年に初の3Dプリントによる固体電池を発表し、今回、それらの電池とリチウムイオンおよびリチウム金属の設計をさまざまな形状で「首尾よく一貫して」プリントできたと発表した。 2022年に開設されたパイロットライン施設で。

「私たちの開発は、Kavian プラットフォームが、リチウムイオンからリチウム金属、さらには固体電池に至るまで、幅広い電池技術の商業規模で持続可能な生産を可能にすることを示しています。一方、高度なセル製造の従来の方法では、次のような主要な障害に常に直面しています。大量生産を妨げます」と CTO のカール・リタウ氏は述べています。

今後の展望:サクウは、バッテリーメーカー、自動車メーカー、航空宇宙開発会社、再生可能エネルギー会社など、さまざまな顧客にKavianプラットフォームを直接販売することを期待している。

同社は2023年1月、商業製造向けの「ギガファクトリー」の設計に自動車メーカー、ポルシェの子会社であるポルシェ・コンサルティングを雇用したと発表した。 最初の施設ではリチウム金属電池が生産され、その後は全固体電池も製造される予定だ。

サクウの目標は、世界中のパートナーとギガファクトリーを開設することであり、2030年までに年間200GWhのバッテリー容量を製造したいと考えている。 これを文脈で説明すると、世界のリチウムイオン電池の 77% が生産されている中国では、年間ほぼ 900 GWh が生産されています。

サクウがその目標を達成するかどうかを予測するのは時期尚早だが、その技術を効果的にスケールアップできれば、3D プリントされた固体のおかげで、より優れた容量と安全性への懸念が少ない、EV を含むさまざまな電子デバイスが登場し始める可能性がある。状態のバッテリー。

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