Большая часть электронных мобильных устройств, подобных сотовым телефонам, портативным компьютерам, цифровым фотоаппаратам, получают питание от автономных источников — литий-ионных батарей. Изготовителям электронной техники до недавнего времени приходилось разрабатывать устройства с учётом подгонки размерности и формы к типичным аккумуляторам. И вот теперь «ACS Applied Energy Materials» сообщает о разработке новой методики трехмерной печати, позволяющей производить литий-ионные аккумуляторы практически любой формы.
Производство бесформенных аккумуляторов
Львиная доля литий-ионных батарей представлена на рынке изделиями цилиндрическими или прямоугольными.
Естественным образом производителю, при разработке смартфонов или иной цифровой техники, требуется резервировать под конструкцию размерность и формы батареи.
Такая обязательность сопровождается нерациональным использованием пространства, ограничивает возможности дизайна, к примеру, тех же смартфонов.
Теоретически и технологически 3D-печать позволяет готовить полноценные устройства практически любой формы, включая энергетические и структурные компоненты электроники.
Между тем полимеры, используемые в технологии 3D-печати (например, PLA), не обладают свойствами ионных проводников. Этим фактором создаются серьёзные препятствия в плане печатного производства аккумуляторных батарей.
Ионная проводимость и параметры ёмкости
Авторы новой технологии ставили перед собой цель разработки процесса печати полноценных литий-ионных аккумуляторов, применив для этого недорогой 3D-принтер.
Увеличить значение ионной проводимости PLA разработчикам удалось путём приготовления особого состава электролита.
Кроме того, специалисты изыскали методику повышения электропроводности батареи — включили углеродные нанотрубки в структуру анода и катода, соответственно.
Эффективность потенциала новой технологии разработчики продемонстрировали светодиодным браслетом, изготовленным 3D печатью с интеграцией литий-ионного аккумулятора.
Прототип аккумулятора в режиме демонстрации обеспечивал питанием светодиодную матрицу в течение примерно одной минуты. По словам разработчиков, такое короткое время действия обусловлено малой ёмкостью продукта.
Рабочая ёмкость инновационной трехсекционной батареи прототипа почти на два порядка меньше параметра ёмкости, который показывают аккумуляторы цилиндрической и прямоугольной формы, существующие на коммерческом рынке.
Этой ёмкости, конечно же, недостаточно для практического использования новых бесформенных аккумуляторов. Тем не менее, группа не собирается прекращать исследования и эксперименты, утверждая, что в запасе имеется целый ряд идей по увеличению ёмкости. Одним из путей видится замена материалов из серии PLA на материалы вида 3D-печатных паст.
