Li-ion batterikomponenter, der skal printes på en inkjetprinter

Forskere fra Peter den Store St.Petersburg Polytechnic University (SPbPU) er ved at udvikle en teknologi til at printe elektroderne til miniature-li-ion-batterier ved hjælp af en inkjet-printer. Den igangværende forskning kan være med til at skabe strømforsyninger til biosensorer, bærbar elektronik, og andre miniature enheder. Resultaterne af undersøgelsen er publiceret i et af de førende videnskabelige tidsskrifter Energiteknologi . Forskningen blev udført med økonomisk støtte fra SPbPU's National Technological Initiative-center og to russiske videnskabsfonde.

Li-ion batterier produceret af en konventionel teknologi, har en høj energitæthed, hvilket betyder, at de kan opbevare en stor mængde af det i et lille volumen. På grund af denne ejendom, de bruges ofte til miniature-enheder, såsom smartwatches, styluspenne og så videre. I dag, fremskridtet på dette område nåede sin teknologiske grænse, og en yderligere reduktion i størrelse er udfordrende. Derfor, teknologivækst kræver nye tilgange til fremstilling af batterier. Blandt andre mulige løsninger er de metoder, der anvendes til fremstilling af integrerede kredsløb, samt forskellige trykmetoder, der har en fordel i deres høje ydeevne.

For at udskrive elektroder med de givne egenskaber, man skal vælge syntesebetingelserne, sammensætning og viskositet af printopløsningen, og udskrivningsparametrene (f.eks. afstanden mellem dråberne og antallet af påførte lag). Det er en udfordrende opgave for specialister fra forskellige videnskabsområder. Elektroder fremstillet ved inkjet print, kan ikke give en tilstrækkelig høj energitæthed sammenlignet med elektroder produceret ved traditionel teknologi. Den observerede forskel skyldes brugen af ​​forskellige materialer, såvel som parametrene for de fremstillede elektroder - aktiv lagtæthed, andelen af ​​aktivt materiale, etc.

"For at reducere forskellen i energitæthed, vi foreslår at bruge lovende forbindelser baseret på lithium- og manganberiget katodemateriale med en øget kapacitet, sagde Maxim Maximov, den førende forsker ved "Syntese af nye materialer og strukturer laboratoriet" i Advanced Manufacturing Technologies Center for National Technology Initiative (NTI) ved Peter den Store St. Petersburg Polytechnic University. "Vi demonstrerede muligheden for at fremstille elektroder med dette materiale ved inkjet-print. Vi har også fundet ud af, at energiintensiteten af ​​materialet i den trykte elektrode og elektroden fremstillet ved traditionel teknologi er tæt på."

Ved at bruge det syntetiserede aktive katodemateriale, forskerne forberedte en stabil kolloid opløsning og optimerede dens rheologiske parametre til inkjet-print. De valgte betingelserne for udskrivning af elektroder, gennemførte en undersøgelse af de elektrokemiske egenskaber af trykte elektroder, bekræftelse af mulighederne for at bruge denne teknologiske tilgang og den valgte sammensætning af katodematerialet. Snart, forskere planlægger at udføre forskning, der vil give en yderligere stigning i energiintensiteten af ​​de trykte elektroder og prototypen af ​​li-ion-batteriet.