"Mỏ vàng" công nghệ in 3D pin tiên tiến

Vốn dĩ, in 3D là một công nghệ chế tạo mới nổi trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, hứa hẹn sẽ định hình lại các quy trình sản xuất truyền thống. Và lĩnh vực điện hóa chắc chắn có thể tận dụng công nghệ này để chế tạo các điện cực nhằm tạo ra một thế hệ thiết bị có điện cực mới hiệu suất tốt hơn có thể thay thế các điện cực được sản xuất theo cách thông thường, chúng có thể bao gồm các điện cực carbon thủy tinh, carbon in lụa và carbon tổng hợp.

Hiện nay, một số công ty đang làm việc để phát triển pin theo công nghệ in 3D. Mặc dù không biết nhiều về thiết kế, độ tin cậy và độ ổn định của pin in 3D của TOP.E trong bài viết này ra sao, cũng như lượng pin được in cũng như các vật liệu và quy trình được sử dụng, nhưng tin tức này rất quan trọng. Hơn nữa, Startup cũng tuyên bố rằng công nghệ của họ có thể được sử dụng để in 3D pin thể rắn.

Cụ thể, mới đây một công ty khởi nghiệp của Trung Quốc tập trung vào việc sản xuất pin bằng máy in 3D kèm công nghệ in 3D mới của riêng mình. Được thành lập vào năm 2021, TOP. E đã có hoạt động kinh doanh lãi. Họ cũng đã hợp tác với các nhà sản xuất ô tô FAW và Aiways cũng như với Viện Vật lý Hóa học Đại Liên, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc… Giờ đây, công ty cho biết họ có thể tạo ra các điện cực 3D trong pin dày hơn hai hoặc ba lần so với những điện cực được chế tạo bằng công nghệ phủ truyền thống.

TOP.E cho biết các điện cực được in 3D của họ có thể tỏa nhiệt hiệu quả hơn so với các điện cực được chế tạo thông thường. Các điện cực in 3D trong pin này cũng có ít rủi ro tự bốc cháy hơn.

TOP.E cho biết, vì công nghệ in 3D điện cực này có thể giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng của các thiết bị thu gom, thiết bị phân tách và vật liệu phụ trợ hiện tại trong chế tạo, nên tổng chi phí sản xuất ra nó sẽ thấp hơn khoảng 30%. Đồng thời, chi tiêu vốn cho chuỗi dây chuyền sản xuất theo công nghệ này có thể thấp hơn 40% so với quy trình trước đó trong cùng một điều kiện.

Một giám đốc điều hành của TOP.E cho biết, hiện có năm hoặc sáu quy trình liên quan đến việc chế tạo điện cực trong pin, chẳng hạn như phủ, ép, cắt và cuộn dây. Do đó, toàn bộ quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng và yêu cầu các nhà máy sản xuất điện cực pin phải có các địa điểm lớn.

Có những nhược điểm khác đối với các nhà máy chế tạo điện cực thông thường như đầu tư ban đầu lớn và nhu cầu giải quyết các vấn đề về an toàn, chi phí và các vấn đề khác phát sinh khá cao. Vì thế mà công nghệ in 3D giải quyết những vấn đề này.

Quy trình này cũng tiên tiến hơn, an toàn hơn và ít tốn kém hơn so với các công nghệ trước đó, TOP.E cho biết thêm. Ngoài ra, máy in 3D mới có thể được điều chỉnh tự do hơn cho các mục đích chế tạo thành phần chính xác như pin siêu nhỏ, pin đặc biệt và pin tùy chỉnh.

Đặc biệt hơn, công nghệ in 3D này cũng góp phần tạo ra pin thể rắn, một trọng tâm khác của TOP.E. Những loại pin này được coi là ứng cử viên đầy triển vọng cho thế hệ pin tiếp theo.

Công ty đã thiết lập công nghệ in 3D riêng mình sử dụng tương quan với nhiều vật liệu điện cực. Ngoài ra, công ty đã tạo thành công máy in 3D nhiều đầu hiệu quả, tương thích với bất kỳ loại vật liệu điện cực nào có sẵn trên một thị trường nhất định. Công ty cho biết máy in 3D của họ cũng có thể được sử dụng để thiết kế và chế tạo pin thể rắn.

Hện tại, pin thể rắn cạnh tranh khốc liệt với pin Lithium-ion phổ biến hơn, hiện được tìm thấy trong hầu hết các thiết bị điện tử. Tuy nhiên, pin lithium-ion quá nóng và trong một số trường hợp có thể bắt lửa hoặc nổ. Điều này khiến chúng không đáng tin cậy, mặc dù không hoàn toàn, nhưng vẫn có khả năng xảy ra và chúng ta đã chứng kiến nhiều trường hợp pin bắt lửa nếu không được xử lý và sử dụng đúng cách.

Mặt khác, pin thể rắn thay thế chất điện phân lỏng dễ cháy trong pin lithium-ion bằng chất điện phân rắn ổn định hơn. Điều này không chỉ giúp chúng an toàn hơn, và dễ sử dụng hơn mà còn cho phép chúng có nhiều năng lượng hơn, sạc nhanh hơn và sử dụng được lâu hơn.

Tất nhiên, pin thể rắn có thể được cải thiện hơn nữa nếu chúng được in 3D. Khi so sánh với  cáchsản xuất truyền thống, pin thể rắn được in 3D có thể chứa nhiều lớp pin hơn trong cùng một khoảng không gian, giúp tăng dung lượng pin. Về lý thuyết, pin có thể có nhiều hình dạng tùy chỉnh hơn, thay đổi cách tích hợp pin vào thiết kế sản phẩm.

Với giá trị của thị trường pin Trung Quốc đã tăng lên gần 1 nghìn tỷ nhân dân tệ (147,3 tỷ USD), các công ty trong ngành đang cố gắng tìm ra các công nghệ và vật liệu mới vượt xa các hệ thống pin lithium-ion lỏng với lớp phủ thông thường.

Tương tự, gần đây các nhà nghiên cứu và đồng nghiệp của Đại học Tohoku đã chứng minh pin natri-ion sử dụng vi mạng carbon cứng được sản xuất bằng máy in 3D rẻ tiền. Theo các nhà nghiên cứu, các điện cực vi mạng carbon chế tạo theo công nghệ in này mang lại hiệu suất cao, dễ chế tạo. Từ đó, nó có thể được sử dụng để tạo ra các loại pin rẻ hơn bằng các ion natri sẵn có.