Команда исследователей из Национального института науки и технологий Ульсана в Южной Корее во главе с доктором Сан-Ёном Ли (Sang-Young Lee) разработала новую методику трёхмерной печати литиево-ионных аккумуляторов практически на любой поверхности. Данная разработка потенциально способна сыграть большую роль в развитии гибкой электроники будущего, сгибаемых дисплеев и экранов, а также «умной» одежды с интегрированной в неё электроникой.

На сегодняшний день коммерческие модели литиево-ионных аккумуляторов могут быть изготовлены только в одной определённой форме и размере.

Считается, что

в батареи станут гибкими и легко изготавливаемыми. Команда Ли приблизила будущее на шаг: инженеры напечатали с помощью 3D-принтера полностью функциональный аккумулятор на стенке чашки. Таким образом учёные доказали, что однажды подобные устройства могут быть напечатаны где угодно.

Статья с описанием эксперимента была опубликована в научном журнале Nano Letters.

Рис. 1.

Процесс стандартного изготовления литиево-ионных аккумуляторов подразумевает, что

электроды и разделяющие мембраны собираются вместе и упаковываются в металлические корпуса, которые затем заливаются жидким электролитом. Разделительные мембраны предназначены для того, чтобы предотвратить контакт между электродами.

Проблема заключается в следующем: жидкие электролиты являются горючими веществами и могут протекать, если придать недостаточно продуманную форму и размер аккумулятору.

Методика, разработанная Ли и его командой, не требует введения жидких электролитов или использования разделительных мембран. Вместо этого электролит решили изготовить в виде пасты, а электроды — из суспензии: всё это последовательно печатается на требуемой поверхности, а затем подвергается воздействию ультрафиолета для отверждения.

Электролитная паста наносится между электродами и потому одновременно играет роль и разделителя. Суспензия и паста также могут быть напечатаны по трафарету, что позволяет придать конечному продукту — аккумулятору — практически любую форму и конструкцию.

"Все компоненты батареи, такие как катоды, аноды и электролиты, могут быть напечатаны на произвольных объектах даже в самой сложной геометрии. Мы полагаем, что такая методика производства аккумуляторов обеспечит большое будущее носимой

электронике", — утверждает Ли.

Чтобы проверить работоспособность своей технологии, учёные провели три последовательных эксперимента: сначала они напечатали батарею в форме сердца на стенке чашки, затем встроили похожий аккумулятор в стекло очков, по форме напоминающих Google Glass, и, наконец, напечатали аккумулятор в виде букв PRISS на листе бумаги.

Во всех трёх случаях аккумуляторы были встроены в поверхности объектов, на которых их печатали, и со стороны казалось, что на них нет вообще никаких дополнительных устройств. Тем не менее, батареи оказались довольно производительными: когда к ним подключили провода, оказалось, что они способны питать светодиоды.

В целом, производительность созданных командой Ли аккумуляторов вполне сравнима с аналогичными 3D-печатными гибкими устройствами. Спустя 30 циклов зарядки они сохраняют до 90% от своей первичной работоспособности без заметных изменений в показателе электрического сопротивления.

Тем не менее, в будущем учёные планируют улучшить своё устройство, повысив его потенциальный срок службы и увеличив плотность сохраняемой энергии. Также исследователи подбирают оптимальную методику трёхмерной печати для новых аккумуляторов.