Een groep wetenschappers uit St. Petersburg heeft een nieuwe methode voorgesteld voor het vervaardigen van elektroden voor lithium-ionbatterijen die laptops van stroom voorzien, smartphones en tablets. De onderzoekers hebben aangetoond dat deze elementen kunnen worden geprint met een inkjetprinter, waardoor de dikte van de elektrode 10 tot 20 keer kleiner wordt en nieuwe mogelijkheden ontstaan ​​voor fabrikanten van compacte elektronica. Hun artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Energie Technologie .

Onderzoekers streven naar hogere capaciteiten voor lithium-ionbatterijen, terwijl ze lichter en compacter worden gemaakt. De grootte en capaciteit van de batterij bepalen hoe zwaar een laptop zal zijn, hoeveel tijd een smartphone kan functioneren tussen oplaadcycli, en de afstand die een elektrische auto kan afleggen. Standaard productiemethoden voor lithium-ionbatterijen laten geen significante toename van hun gewicht of grootte toe zonder een overeenkomstig verlies van hun batterijcapaciteit. Dus, een verandering in de productie van batterijcomponenten is noodzakelijk.

De wetenschappers van ITMO University, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University en het Ioffe Institute hebben een technologie voorgesteld waarmee de dikte van het kathodemateriaal met 10 of zelfs 20 keer kan worden verminderd. Dit biedt de mogelijkheid om de grootte en het gewicht van de hele batterij te verminderen, aangezien een standaard tablet- of laptopbatterij honderden van deze lagen kan hebben.

"We hebben de inkt ontwikkeld voor inkjetprinten van het kathodemateriaal, " zegt Denis Kolchanov, een doctoraat student aan ITMO's SCAMT-laboratorium, die co-auteur was van het artikel. "We zijn erin geslaagd om een ​​laag van ongeveer 5 micrometer dik op de stroomcollector aan te brengen. Bestaande industriële monsters gebruiken kathodematerialen met een dikte van 100 micrometer. Laboratoriummonsters gemaakt op basis van andere technologieën geven een dikte van 50 micrometer. Daarom , we hebben de dikte 10 tot 20 keer kunnen verminderen. Het is niet mogelijk om met deze technologie een kleinere laag te maken, omdat er kortsluiting zal optreden."

De onderzoekers hebben onlangs de bruikbaarheid van het gedrukte kathodemateriaal bevestigd om te bewijzen dat de technologie kan worden gebruikt om een ​​kleinere werkende batterij met vergelijkbare eigenschappen te maken.

In theorie, deze ontwikkeling kan nog een ander nuttig effect hebben. Het printen van ultradunne stroomcollectoren met een kathodemateriaal zou wetenschappers in staat stellen een flexibele batterij te maken die niet vervormt wanneer deze wordt gebogen. Dit is belangrijk, want vandaag, hightechbedrijven staan ​​voor een moeilijke uitdaging:aan de ene kant gebruikers willen dat hun gadgets licht en compact zijn; op de andere, mensen kijken graag naar foto's en video's vanaf een zo groot mogelijk scherm. Afgezien daarvan, er is een groeiende vraag naar transformatorapparaten die zowel als tablet als laptop kunnen worden gebruikt. Opvouwbare en uitschuifbare gadgets zijn ontworpen om deze problemen op te lossen. Dergelijke apparaten werden gepresenteerd op de CES 2020-tentoonstelling die begin 2020 plaatsvond.

Om een ​​dergelijk apparaat te ontwikkelen, ingenieurs moeten niet alleen aan het scherm en de behuizing denken, maar ook de plaatsing van een standaard lithium-ion batterij. Ideaal, de batterij van de transformatortablet moet meebuigen met de behuizing.

"In theorie, onze ontwikkeling kan worden gebruikt om dergelijke apparaten te maken, " legt Denis Kolchanov uit. "Er is een enorme kans dat dunne elektroden flexibeler zijn, omdat ze niet vervormen als ze worden gebogen. Hierdoor kunnen we ze gebruiken in transformatorapparatuur."