ORNL チームは固体の静水圧プレスに重点を置くことを推奨しています

Jul 19, 2023

何か月にもわたる有望な試験結果を受けて、エネルギー省オークリッジ国立研究所の電池研究者らは、次世代固体電池の商品化に向けて静水圧プレスとして知られる技術に注力することを全固体電池業界に推奨している。

ACS Energy Letters のオープンアクセスの焦点レビュー論文の中で、ORNL の研究者らは、ほとんど研究されていない静水圧加圧アプローチに注意を払うよう推奨しています。 このプロセスでは、機械内で水、油、アルゴンなどの液体と気体を使用して、バッテリーコンポーネント全体に一定の圧力を加え、均一性の高い材料を作成します。 このプレス装置を製造する業界パートナーの協力を得て、ORNL の研究者は、静水圧プレスがエネルギーの流れにより良い条件を作り出しながら、バッテリーの生産をより簡単かつ迅速に行える可能性があることを発見しました。

(a) 全固体電池の加工と統合における現在の課題。 (b) シリンダー用剛性金型内での単一一軸プレスによる不均一な密度分布。 (c) サンプルが挿入され、等方圧と温度条件が適用される圧力容器キャビティの概略図、および冷間等方処理 (CIP) (青)、温間等方処理 (WIP) (緑) の温度と圧力範囲、熱間静水圧処理 (HIP) (オレンジ) 技術。 ディクシットら。

ORNL の Marm Dixit らは、静水圧プレスによって固体で均一な電解質の薄い層を作成し、層間の接触レベルを高く維持してイオンの移動をスムーズにできることを発見しました。 この方法は、さまざまな温度と圧力のさまざまな電池組成で機能します。

有望な結果の中で、静水圧プレスは、加工が容易でイオンの移動に好ましい結晶構造を有する軟質電解質材料を使用して、低温で非常に成功することが判明した。 これまでバッテリーの静水圧プレスは、非常に高い温度または室温などの極端な温度で行われていましたが、その中間では行われませんでした。

これらすべての材料には、研究者が活用したいと考えている独自の利点があります。 だからこそ、室温から華氏数千度までの温度で静水圧プレスができることが重要です。つまり、ポリマーから酸化物まで、あらゆる材料を使用できるということです。

この多用途性は、開発中の多種多様な固体電池設計や材料の一貫した製造プロセスの鍵となる、とディクシット氏は述べた。 静水圧プレスは商業的に規模を拡大することも比較的容易であり、企業が自動車メーカーへの全固体電池の供給を競う中、この発見は大きな注目を集めている。 いくつかの大手自動車会社は、全固体電池で動作する電気自動車を数年以内に販売する意向を発表した。

ORNLの法人フェローであり、電動化部門の責任者であるイリアス・ベルハロアック氏は、全固体電池技術は大規模製造向けに完成させる必要があると述べた。

全固体電池は長距離を旅します。 しかし、静水圧プレス技術が拡張可能であれば、非現実的な外部圧力なしで電池層を組み立てる方法が提供されるでしょう。

静水圧プレスは、材料の融着および接合に数十年にわたって使用されてきました。 最近では、3D プリント部品のボイドや異常を除去するためのツールとして使用されています。 ただし、バッテリー用途のテストは限定的です。

ORNLの研究者は、静水圧プレスにより、3つのバッテリー層を結合する前に別々に作成するのではなく、単一の高密度システムとして製造できる可能性があることを示唆しました。

ACS Energy Lettersの論文の中で、Dixitのチームは、製造のためにスケールアップできる全固体電池を追求することの重要性を強調した。

ORNL の研究者は、さまざまな材料に対してどのプレス温度と圧力の組み合わせが最適であるか、またそれらの要因が質感にどのように影響するかを知るためのテストを継続的に実施しています。