När mobilitets- och elbilsindustrin konvergerar kring ett till synes snävt utbud av batteristorlekar och bara tre formfaktorer, föreslår Kalifornien-baserade Sakuu en helt annan, till synes oändlig mängd möjligheter, såsom framtida celler som är dimensionerade och formade för produkter.
Produktionskroken bakom detta förslag är 3D-utskrift. Även om det har gjorts några försök att använda 3D-batterier tidigare, hävdar Sakuu att det från och med december 2022 kommer att vara det första ”skivföretaget som 3D-skriver ut fullt fungerande batterier i anpassade former och storlekar med patronöppningar för termisk hantering i en helt torr process . ”
Företaget säger att det är på rätt spår att tillverka tryckta batterier i stor skala för bland annat mobilitet, flyg, elbilar och energilagring – och fördelen med den första titten är att celldesign kan följa produktdesign snarare än tvärtom.
Det står inte vad energitätheten för dessa första celler är, men den lovar imponerande volymsiffror. Den hävdar att ”förväntningarna är att uppnå hög energitäthet vid 800-1000 Wh/L.” Det är verkligen högre än den nuvarande generationen litiumjonceller som används i elbilar – och till och med vad Panasonic till exempel siktar på till 2030.
Flexibilitet borta från skateboards
Inom en inte alltför avlägsen framtid kan sådana anpassade celler erbjuda möjligheter för elfordonsingenjörer och designers som idag har konvergerat på ”skateboard”-batterilayouten – kropp över en tunn batteristen – som paketet med minsta kompromiss.
Sådana batterier skulle kunna tillåta vissa delar av själva karossstrukturen i elbilar att fyllas med unikt formade battericeller istället för att förbli tomma, tillsammans bilda ett slags masslöst batteri, vilket frigör personbilar och coupéer att vara lägre, smalare och snyggare.
I elbilarnas värld kan det innebära att designers och ingenjörer kan stävja en skateboards inneboende kompromisser.
Sakuu 3D-utskrivna battericeller
Med tillkännagivandet har Sakuu visat upp en demonstrationscell i ett lager, som han sedan kan stapla med många andra och koppla dem i serie eller parallellt efter behov för att bilda ett paket. Två hål visar var köldmediepassager skulle löpa i ett paket.
En annan process än alla batterifabriker
Sakuu använder en torr katodprocess och en enda plattformstryckmaskin, vilket betonar att detta inte är en våt screentrycksprocess, som använder överskottsenergi för att avlägsna lösningsmedel och kan vara opålitlig.
Den påminner inte heller om rull-till-rulle-processen som används för att tillverka de flesta typer av batterier. Företaget, i vad som kallas additiv tillverkning, konstruerar supertunna lager åt gången och applicerar flera material som en del av samma lager.
Sakuu, som grundades 2016 som KeraCel och bytte namn 2021, öppnade en 7 000 kvadratmeter stor utvecklingsanläggning för sin tillverkningsplattform i San Jose. Det lovar ”energi- och effekttätheter i världsklass vid produktionshastigheter som är jämförbara med den bästa rull-till-rulle-produktionsutrustningen”, och hävdar att den har den enda kända tillverkningslösningen för att producera solid-state-batterier i kommersiell skala.
Företaget siktar på att licensiera sin batterikemi och sälja sin tillverkningsplattform, som man planerar att använda för att göra 200 gigawattimmar av celler till 2030 genom globala partner gigafabriker.
Porsche Consulting har sagt att de kommer att designa batteritillverkarens gigafabrik för 3D-utskrift för massproduktion av tekniken. Sakuu bekräftade för Green Car Reports att renderingarna här är av pilotproduktionsutrustning som redan används.
Sakuu 3D-utskrivna battericeller
Accelerera fast tillstånd?
Företagets teknik skulle kunna driva solid-state cellproduktion snabbare och skulle potentiellt möjliggöra högre energitätheter genom att tillåta tunnare battericellslager så att fler får plats i en given storlek och utrymme.
Det finns många andra teoretiska fördelar med solid-state-batterier, inklusive snabbare laddning och bättre prestanda, samt, beroende på hur de utvecklas när de går till massproduktion, större hållbarhet och mindre nedbrytning.
I solid state-riket finns det ingen brist på rivaler. Utöver batterietablissemanget hävdar många företag, inklusive Factorial, StoreDot och QuantumScape, att de har en fördel i denna batterirevolution. Nissan är också en av många biltillverkare som arbetar med sina egna solid state-celler. Den syftar också till en torr process, men med ett traditionellt skiktat förhållningssätt till cellerna, om än med några materialknep, som en nätliknande bindning mellan aktivt material och fast elektrolyt.
Sakuu har för närvarande två batterikemilinjer under utveckling, en litiummetall och en helsolid-state litiummetall. Även om det inte kommer att släppa några andra detaljer om den kemin, säger det att båda använder företagets 3D-utskriftsbaserade tillverkningsmetod.
Sakuu 3D-utskrivna battericeller
3D-utskriftstekniker har otaliga tillämpningar i bilvärlden, från att skriva om otillgängliga delar till äldre Tesla Roadsters, till att skapa elmotorer gjorda av 3D-utskrivna delar, till ett helt Cadillac Celestiq EV-flaggskepp som gjorts möjligt med 3D-utskriftstekniker.
Ur miljösynpunkt kan det finnas vissa ytterligare fördelar. 3D-utskrift tenderar att använda mindre material jämfört med traditionella tillverkningsmetoder på grund av arten av den additivprocess den använder. Det kräver också vanligtvis mindre energi. 3D-utskrift kan påskynda uppnåendet av mål för kostnad, leveranskedja och miljöavtryck.
