A folyamat 4 fókuszterületre bontható:

1.  Az elektromosítás és karbonsemlegesség felé vezető út, és ahhoz köthető technológiák
2. Mobilitási szolgáltatások kifejlesztése új értékteremtés céljából
3. A mesterséges intelligenciában rejlő lehetőségek használata a termelésben
4. Gyártási technológiák fejlesztése a jövő autói számára
   

A kutatási központ iránytűként szolgál a Nissan számára. Olyan kutatók találkozóhelye, akik az új-érték technológiákkal szeretnék megváltoztatni a világot.

Levezényeltünk egy interjúsorozatot a leginkább jövőorientáltabb területek fiatal kutatóival.

Mikroszkópikus világban élni: az ideális fémpor a 3D nyomtatás területén

Moe Mekata 3D nyomtatás kutató három éve dolgozik a Nissannál. A kutatás iránti szenvedélyéről és a Nissan 3D nyomtatással kapcsolatos területről kérdeztük.

Egyetemi évei óta Moe-t mindig is a termelési technológia érdekelte. Azért csatlakozott a Nissanhoz, mert más iparágakban tevékenykedő gyártókkal szemben az autógyártás sokféle gyártói folyamatot foglal magába.

Moe szeme csillog miközben azt részletezi, hogy “a fémalkatrészek 3D nyomtatóval való előállítása megváltoztatja az autógyártást. Azért lehet ez így, mert a 3D nyomtatók öntőformák nélkül működnek. Ez tömegcsökkentést tesz lehetővé a 3D szerkezeti modell alkalmazásával és az összetevő integrációval. Ráadásként a 3D nyomtatók lehetővé teszik egy alkatrész vagy anyag (mint az alumínium vagy a vas) erejének meghatározását. Ez hatalmas lehetőségeket rejt magában! Hamarosan képesek leszünk specifikusan a mérnökök által igényelt alkatrészek legyártására.”

Az anyag, amit ehhez a típusú 3D nyomtatáshoz használunk, a fémpor. A szemcséket, melyek a porban találhatóak rétegenként kondenzálják, majd egy darabbá formálják. A hagyományos alkatrész előállítással szemben (melyhez öntésre, vágásra és hegesztésre van szükség) ez a módszer csökkenti a veszteséget. Moe kutatása a 3D nyomtatási folyamatban használt fémpor fejlesztésére fókuszál. A kérdésben az egyik kihívás a por minőségének javítása a költségek alacsonyan tartása mellett.

A 3D nyomtatók nem pusztán hatékonyságuk és a termelési minőségben jelentkező javulás miatt vonták magukra a figyelmet: a Nissan karbonsemlegesség célkitűzésének támogatásában is fontos szerepet játszanak. A 3D nyomtatók által lehetséges könnyebb elektromos autók gyártása, mely által növekszik a hatótávolság. Ez kiemelkedően fontos, hiszen az elektromos járművek nehezebbek akkumulátoregységeik miatt. A 3D nyomtatók egy lépésben optimalizálják az alkatrészek formáját, miközben a veszteséget is csökkentik.

“A por minősége határozza meg a 3D nyomtatott alkatrészek teljesítményét. Ezért célunk, hogy új, magas minőségű porokat fejlesszünk ki, melyeket más még sosem használt a gyakorlatban.”

Szilárdtest akkumulátorok
A szilárdtest akkumulátorok az energiatárolók következő generációját jelentik. Hiroki Kawakami (7 éve a Nissannál) és Kazuhiro Yoshino (4 éve a Nissannál) azon dolgoznak, hogy áttörést érjenek el ennek az új akkumulátor technológiának a gyakorlati alkalmazásában. Hiroki tanulókkal és kutatókkal dolgozik együtt a világ minden tájáról az egyesült államokbeli Purdue Egyetemen, míg Kazuhiro Japánban, a Nissan Kutató Központban dolgozik együtt más kutatókkal.  

Az elektromos autókban használt lítium-ion akkumulátorokban folyékony elektrolit található, mely vezeti a lítium-iont. Ezzel szemben a teljesen szilárdtest lítium-ion akkumulátorban az elektrolit (definíció szerint) szilárd. Miért kap ez az új típusú akkumulátor ekkora figyelmet? Megkérdeztük a két fiatal kutatót.

A lítium

“A teljesen szilárdtest akkumulátorok legnagyobb előnye az energiasűrűségben mutatott jelentős növekedés. Elektróda anyagokkal, melyek több lítium-iont és elektront képesek tárolni több energia raktározható kisebb méretben.” – nyilatkozta lelkesen Kazuhiro, “Ha ezt az akkumulátort elektromos autókban használják, akkor drámaian megnövekszik a hatótávolság. A szilárd elektrolit a töltést is felgyorsítja. Ezen okok miatt a szilárdtest akkumulátorok az elektromos autók elterjedésében kulcsszerepet fognak játszani.”

A Nissan fiatal kutatókért tengerentúli megbízási programjának részeként Hiroki napi szimulációkat vezet annak érdekében, hogy tanulmányozza, mi történik az akkumulátor belsejében. Az információkat elküldi a Nissan Kutató Központnak, ahol Kazuhiro felhasználja azokat egy prototípus létrehozásához, hogy egy valódi, fizikai akkumulátorként tesztelje. Kollégáival együtt kísérleteket végeznek, hogy eldöntsék, hogy a célul kitűzött teljesítmény elérhető-e.

Szóval milyen áttörésre van szükség a szilárdtest akkumulátorok gyakorlati alkalmazásához?

“A szilárdtest akkumulátorok fejlesztésének egyik legnehezebb aspektusa az aktív anyagrészecskék közötti kapcsolat (ami lítium-iont tárol az elektródákban és az elektrolit részecskékben), melyen keresztül a lítium-ion áthalad,” mondja Hiroki.

“A jobb kapcsolat érdekében szükségünk van egy gépre, ami nagy nyomást hoz létre kívülről. A kulcs a szükséges kapcsolat biztosítása még alacsony nyomás esetén is az aktív anyag elektródái és az elektrolit között. Nap, mint nap keményen dolgozunk, hogy megoldást találjunk erre a problémára.”

“Még mindig van számos dolog, amiről nem tudunk az akkumulátor belsejében. A teljes megértés érdekében van még számos kérdés, ami megoldásra vár. Ezeket a nehéz kérdéseket vitatjuk meg naponta a helyi kutatókkal és tanulókkal, akiknek mind különböző gondolataik vannak, majd megosztjuk egymással meglátásainkat. Nagyszerű, amikor mindannyian egyetértésre jutunk egy probléma megoldását illetően.” – mondta Hiroki.

Kazuhiro szerint – aki egyetemista kora óta kutatja a szilárdtest akkumulátorokat –, az egyik legjobb dolog a Nissannál, hogy odafigyelnek a fiatalokra és hagyják, hadd küzdjenek meg maguk a problémával, elképzeléseikkel. “A fiatal kutató kollégáimmal minden nap kihívások elé állítjuk magunkat. Szavak nem tudják leírni az érzést, amikor elérjük az áhított teljesítményt.”

A Nissan Kutató Központ bátorító légkörében Moe, Hiroki és Kazuhiro tovább feszegetik határaikat céljaik elérésének és a jövő technológiáinak megalkotása érdekében.