Po raz pierwszy naukowcy z powodzeniem wydrukowali kompletną, aczkolwiek eksperymentalną, baterię litowo-jonową z elektrolitem w stanie stałym. Chociaż elektrody już zostały wcześniej wyprodukowane przy użyciu technologii druku 3D, to druk stałego elektrolitu jest rewolucją.

Reklama

Za sukces ten odpowiedzialni są badacze z University of Illinois w Chicago College of Engineering. Wydrukowali oni stabilny i elastyczny elektrolit w stanie stałym, stosując druk techniką wytłaczania w podwyższonej temperaturze.

Akumulatory litowo-jonowe są powszechnie stosowane w elektronice domowej i mobilnej a także w samochodach elektrycznych. Działają one na zasadzie ruchu jonów litu od elektrody ujemnej poprzez elektrolit, który może być ciekły lub stały, do elektrody dodatniej (odwrotnie w czasie ładowania).

Masowa produkcja tego rodzaju ogniw jest pracochłonna i kosztowna. Elektrody i elektrolit, które są wytwarzane oddzielnie, muszą być połączone i umieszczone wewnątrz obudowy. Aby uniknąć zanieczyszczenia, potrzebne jest kontrolowane środowisko. Jest to szczególnie problematyczne, ponieważ zmiana jakichkolwiek wymiarów ogniwa wymaga przeróbek całej linii produkcyjnej, przez co ogniwa dostępne są zazwyczaj tylko w jednej wielkości.

Druk 3D umożliwia szybsze i tańsze wytwarzanie akumulatorów dopasowanych do konkretnej aplikacji, ponieważ wszystkie części są drukowane jednocześnie. Dotychczasowo w akumulatorach litowo-jonowych, w których elektrody zostały wydrukowane 3D, konwencjonalnie wytwarzany elektrolit zawsze dodawano później w oddzielnym etapie.

W konwencjonalnym wytwarzaniu elektrolitów w stanie stałym elektrody baterii muszą być przygotowane z różnymi powłokami i rozpuszczalnikami stosowanymi do wytwarzania elektrolitu, który następnie musi zostać odparowany w etapie poprodukcyjnym. Jeśli elektrolit zostałby wydrukowany bezpośrednio w formującej ogniwo drukarce 3D, parowanie spowodowałoby kurczenie się elektrolitu i oderwanie od elektrod, a w konsekwencji zwarcie baterii. Powłoki stosowane w celu zapewnienia dobrego kontaktu elektrolitu z obudowami i elektrodami są również niezwykle trudne do wydrukowania w tej technologii.

Aby obejść te problemy, prof. Reza Shahbazian-Yassar i dr Yayue Pan z Wydziału Inżynierii University of Illinois stworzyli unikalną drukarkę 3D, która pracuje w podwyższonej temperaturze około 120°C (klasyczne drukarki pracują w temperaturze pokojowej). Elektrolit drukowany z wykorzystaniem tego systemu składa się z polimerowej bazy zawierającej cząstki tlenku tytanu, które zapewniają jego elastyczność, a także funkcjonalność. Unikalny tusz elektrolitowy może być bezpośrednio nakładany na akumulator podczas drukowania.

„Wysoka temperatura zapobiega skurczowi poprodukcyjnemu”, mówi Meng Cheng, absolwent Wydziału Inżynierii UIC i główny autor publikacji w Advanced Materials. „Nasza technika radykalnie poprawia wydajność przygotowania elektrolitu i jego wbudowania w akumulator”.

Więcej informacji: UIC

źródło: techexplore

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.