Ces 3D

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La start-up de la Silicon Valley, Sakuu, a développé une plate-forme d'impression 3D qui, selon elle, peut produire en masse des batteries à semi-conducteurs, de toutes formes et de toutes tailles, ce qui nous permet enfin de profiter des nombreux avantages de la technologie.

"Nous pensons que nous avons la seule solution connue pour fabriquer des batteries à semi-conducteurs à grande échelle avec notre nouvelle plate-forme Kavian", a déclaré Robert Bagheri, fondateur et PDG de Sakuu.

Batteries à semi-conducteurs : La plupart des appareils alimentés par batterie d'aujourd'hui reposent sur des batteries lithium-ion, qui se dégradent rapidement, prennent beaucoup de temps à se recharger et peuvent parfois prendre feu. Cela les rend moins qu'idéaux pour les véhicules électriques (VE), le stockage d'énergie renouvelable et d'autres utilisations pour lutter contre le changement climatique.

Les batteries à semi-conducteurs pourraient défier la domination du lithium-ion.

"Je pense que les batteries à semi-conducteurs sont l'un des sujets les plus importants qui me passionnent."

Ils ont les mêmes composants de base : une cathode chargée positivement, une anode chargée négativement, un séparateur entre les deux et un électrolyte qui transporte le courant de la cathode à l'anode (et vice versa lorsque la batterie est en charge).

La différence dans une batterie à semi-conducteurs est l'électrolyte : plutôt que d'être un liquide ou un gel, c'est un matériau solide.

Pourquoi est-ce important:Les batteries à semi-conducteurs présentent de nombreux avantages par rapport à leurs homologues au lithium-ion : elles ne se dégradent pas aussi rapidement, ont des temps de charge plus courts et présentent moins de risques pour la sécurité.

Ils ont également une plus grande densité d'énergie, ce qui signifie qu'ils pourraient stocker plus d'énergie ou réduire la taille de nos batteries. Cela pourrait être énorme pour les véhicules électriques, où la taille et le poids de la batterie sont un problème majeur – les batteries lourdes sont un gros frein à l'autonomie.

"Je pense que les batteries à semi-conducteurs sont l'un des sujets les plus importants qui me passionnent", a déclaré Venkat Srinivasan, directeur du Centre collaboratif du Laboratoire national d'Argonne pour la science du stockage de l'énergie, à Hard Reset de Freethink.

Le défi : Un certain nombre de startups ont maintenant démontré les avantages des batteries à semi-conducteurs en laboratoire, et nous avons même vu ces batteries déployées dans des stimulateurs cardiaques, des montres intelligentes et d'autres petits appareils.

Si nous voulons commencer à utiliser des batteries à semi-conducteurs dans les smartphones, les véhicules électriques, etc., nous devons être en mesure de les produire en masse - et personne n'a encore trouvé de moyen commercialement viable d'augmenter leur production.

"Nous pensons que nous avons la seule solution connue pour fabriquer des batteries à semi-conducteurs à grande échelle."

L'une des principales raisons à cela est que la méthode souvent utilisée pour produire en masse des batteries lithium-ion - superposer les composants de la batterie sur un substrat flexible - n'est pas idéale pour combiner les parties d'une batterie à semi-conducteurs.

"Si vous essayez de construire cela en utilisant des feuilles de matériaux individuels, il est très difficile d'obtenir des interfaces qui fonctionnent correctement, en particulier à l'échelle dont vous avez besoin, généralement de 20 à 30 microns d'épaisseur", a déclaré Dave Pederson, vice-président du marketing et du développement commercial de Sakuu, dit Fabrication Additive.

"Ils sont très difficiles à manipuler et il est très difficile de s'assurer qu'ils se touchent correctement sans l'utilisation de liquides", a-t-il poursuivi.

Quoi de neuf?Au lieu d'empiler des composants de batterie individuels en couches, la plate-forme Kavian de Sakuu utilise l'impression 3D pour assembler les matériaux nécessaires aux conceptions lithium-ion, lithium-métal ou à semi-conducteurs en une seule couche, un processus que la société appelle "SwiftPrint".

"La plate-forme Kavian peut imprimer de la céramique, du verre, des métaux et du polymère - dans la même couche", a déclaré Arwed Niestroj, vice-président principal de l'habilitation client de Sakuu, à TCT Magazine.

"Les processus de fabrication additive conventionnels exécutent chaque étape d'impression 3D en série, tandis que Kavian exécute toutes les étapes en parallèle, permettant un modèle rationalisé qui économise de l'énergie, des coûts, de la main-d'œuvre, des matériaux et du temps, tout en augmentant la qualité et la fiabilité", a-t-il ajouté.

Par rapport aux principales batteries lithium-ion, Sakuu affirme que ses batteries à semi-conducteurs sont 50 % plus petites et 40 % plus légères. La plate-forme Kavian elle-même, quant à elle, est 44 % plus petite que les équipements traditionnellement utilisés pour fabriquer des batteries lithium-ion.

"La plate-forme Kavian peut permettre une production durable à l'échelle commerciale de… batteries à semi-conducteurs."

Sakuu dit que SwiftPrint permet non seulement la création de batteries à semi-conducteurs à grande échelle, mais donne également aux fabricants la possibilité de produire des batteries de formes et de tailles personnalisées – au lieu de concevoir des appareils pour accueillir des batteries, ils pourraient concevoir des batteries adaptées à leurs appareils.

Sakuu a dévoilé sa première batterie à semi-conducteurs imprimée en 3D en 2021, et il est maintenant annoncé qu'il a été en mesure d'imprimer "avec succès et de manière cohérente" ces batteries - ainsi que des conceptions lithium-ion et lithium-métal - dans une variété de formes à l'installation de la ligne pilote qu'elle a ouverte en 2022.

"Notre développement montre que la plate-forme Kavian peut permettre la production durable à l'échelle commerciale d'une large gamme de technologies de batteries, du lithium-ion au lithium métal en passant par les batteries à semi-conducteurs - alors que les méthodes traditionnelles de fabrication de cellules avancées se heurtent continuellement à des obstacles fondamentaux qui empêcher la production à grande échelle », a déclaré le CTO Karl Littau.

Regarder vers l'avant:Sakuu prévoit de vendre sa plate-forme Kavian directement à une variété de clients, notamment des fabricants de batteries, des constructeurs automobiles, des développeurs aérospatiaux et des sociétés d'énergie renouvelable.

En janvier 2023, la société a annoncé qu'elle avait engagé Porsche Consulting, une filiale du constructeur automobile Porsche, pour concevoir des "gigafactories" pour la fabrication commerciale. La première installation produira des batteries au lithium-métal, avec des batteries à semi-conducteurs prévues pour les constructions ultérieures.

L'objectif de Sakuu est d'ouvrir des gigafactories avec des partenaires dans le monde entier, et d'ici 2030, elle espère fabriquer 200 GWh de capacité de batterie par an. Pour mettre cela en contexte, la Chine - où 77% des batteries lithium-ion du monde sont fabriquées - produit près de 900 GWh par an.

Il est trop tôt pour prédire si Sakuu atteindra cet objectif, mais s'il peut effectivement développer sa technologie, nous pourrions commencer à voir une gamme d'appareils électroniques - y compris des véhicules électriques - avec de meilleures capacités et moins de problèmes de sécurité grâce à son impression 3D solide- piles d'état.

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