Wetenschappers hebben een nieuwe techniek ontwikkeld die batterijen op bijna elk oppervlak kan printen, die naar verwachting essentieel zal zijn voor toekomstige flexibele elektronica zoals roll-up displays, slimme elektronische kleding, en Google Glass-apparaten. Terwijl de huidige Li-ion-batterijen alleen in vaste vormen en maten kunnen worden vervaardigd, zoals cilinders of buidelcellen, de nieuwe Li-ion-batterijen kunnen bijna overal worden bedrukt, inclusief elektroden en elektrolyt. De onderzoekers voorspellen zelfs dat de batterijen in de toekomst met een 3D-printer kunnen worden geprint in verschillende 3D-vormen.

De onderzoekers, onder leiding van Sang-Young Lee, Professor aan het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) in Zuid-Korea, hebben een artikel gepubliceerd over de nieuwe afdrukbare solid-state (PRISS) Li-ion-batterijen in een recent nummer van: Nano-letters .

Bij de conventionele productie van Li-ionbatterijen, de elektroden en scheidingsmembranen worden om elkaar heen gestapeld of gewikkeld en verpakt in metalen dozen, die vervolgens worden geïnjecteerd met vloeibare elektrolyten. Het was moeilijk om batterijen in verschillende vormen en maten te fabriceren vanwege het feit dat de vloeibare elektrolyten brandbaar zijn en kunnen lekken als ze niet goed verpakt zijn. en ook omdat de scheidingsmembranen nodig zijn om contact tussen de elektroden te voorkomen.

De nieuwe productiemethode voor batterijen vereist geen injectie van vloeistof met elektrolyt of scheidingsmembranen. In plaats daarvan, de elektrolyt is gemaakt van een pasta, de elektroden zijn gemaakt van een slurry, en ze worden achtereenvolgens op een oppervlak gedrukt en vervolgens uitgehard met ultraviolet licht. Doordat de elektrolytpasta tussen de elektroden is gedrukt, het speelt ook de rol van het scheidingsmembraan. De slurry en pasta kunnen ook worden afgedrukt door middel van een stencil, waardoor batterijen in verschillende vormen kunnen worden bedrukt, brieven, en ontwerpen.

"Alle batterijcomponenten, zoals kathoden, anodes en elektrolyten, kan worden afgedrukt op willekeurige objecten met complexe geometrieën, waardoor de naadloze integratie van vormconforme solid-state oplaadbare batterijen met verschillende vormfactoren in complex gevormde (zoals kromlijnige) objecten mogelijk wordt, "Lee vertelde" Phys.org . "We stellen ons voor dat de hierin gepresenteerde printbare batterij veel belooft voor mogelijk gebruik in toekomstige draagbare elektronica en IOT's (Internet of Things), die uiteindelijk vooraf aangewezen batterijruimte met vaste afmetingen en vorm verwijdert."

Voor een paar voorbeelden, de wetenschappers printten een hartvormige batterij op een kopje, printte een andere batterij op een papieren bril die lijkt op Google Glass, en drukte ook de letters "PRISS" op papier. Omdat de bedrukte batterijen zo naadloos in het oppervlak van deze objecten zijn geïntegreerd, op een bepaalde manier lijkt het alsof er helemaal geen batterij is. Echter, verbindingskabels met deze in batterijen ingebedde oppervlakken laten zien dat ze LED's van stroom kunnen voorzien.

Algemeen, de prestaties van de afgedrukte batterij zijn concurrerend met die van andere flexibele batterijen, blijk geven van een goede opslagcapaciteit op lange termijn, 90% capaciteitsbehoud na 30 cycli, en geen waarneembare verandering in elektrische weerstand tijdens herhaalde buigcycli. Nog altijd, in de toekomst zijn de onderzoekers van plan om bepaalde gebieden te verbeteren, inclusief het verhogen van de energiedichtheid en het verlengen van de levensduur van de batterij.

Een ander gebied van toekomstig onderzoek is het combineren van de PRISS-batterijen met zeer nauwkeurig inkjetprinten en 3D-printen, wat zal leiden tot nog meer ongekende ontwerpmogelijkheden.

"Om de toepassingsgebieden van de bedrukbare batterijen uit te breiden, we overwegen momenteel een breed scala aan druktechnieken, Lee zei. "Inktjet- en 3D-printen kunnen worden aanbevolen als een veelbelovende technologie om de gemakkelijke fabricage van multidimensionale/multiscale complex-gestructureerde stroombronnen mogelijk te maken. Een dringende voorwaarde om dit doel te bereiken is dat bedrukbare batterijcomponenten nauwkeurig moeten worden afgestemd om te voldoen aan de reologische vereisten van elke printtechnologie, zonder afbreuk te doen aan de elektrochemische eigenschappen. Onze groep heeft onlangs enkele intrigerende resultaten behaald op bedrukbare batterijen met inkjet- en 3D-printtechnologie, dat zal zorgen voor volledig nieuwe toepassingsgebieden van oplaadbare stroombronnen die we nog niet zijn tegengekomen."

© 2015 Fys.org