Hjerteformet Li-ion batteri trykt på en kop viser, at batterier kan udskrives næsten overalt

Forskere har udviklet en ny teknik, der kan udskrive batterier på næsten enhver overflade, hvilket forventes at være afgørende for fremtidig fleksibel elektronik såsom roll-up displays, smart elektronisk tøj, og enheder af typen Google Glass. Mens dagens Li-ion-batterier kun kan fremstilles i faste former og størrelser, såsom cylindre eller poseceller, de nye Li-ion-batterier kan printes i deres helhed – inklusive elektroder og elektrolyt – næsten hvor som helst. Forskerne forudser endda, at batterierne i fremtiden vil kunne printes med en 3D-printer i forskellige 3D-former.

Forskerne, ledet af Sang-Young Lee, Professor ved Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) i Sydkorea, har udgivet et papir om de nye printbare solid-state (PRISS) Li-ion-batterier i en nylig udgave af Nano bogstaver .

I konventionel Li-ion batteri fremstilling, elektroderne og separatormembranerne er stablet eller viklet omkring hinanden og pakket ind i metalhylstre, som derefter injiceres med flydende elektrolytter. Det har været svært at fremstille batterier i forskellige former og størrelser på grund af det faktum, at de flydende elektrolytter er brændbare og kan lække, hvis de ikke er pakket godt ind, og også fordi separatormembranerne er nødvendige for at forhindre kontakt mellem elektroderne.

Den nye batterifremstillingsmetode kræver hverken væske-elektrolyt-injektion eller separatormembraner. I stedet, elektrolytten er lavet af en pasta, elektroderne er lavet af en opslæmning, og de printes fortløbende på en overflade og hærdes derefter med ultraviolet lys. Fordi elektrolytpastaen er trykt mellem elektroderne, den spiller også rollen som separatormembranen. Opslæmningen og pastaen kan også printes gennem en stencil, gør det muligt at udskrive batterier i forskellige former, breve, og designs.

"Alle batterikomponenter, såsom katoder, anoder og elektrolytter, kan udskrives på vilkårlige objekter med komplekse geometrier, derved muliggøres den sømløse integration af formtilpassede solid-state genopladelige batterier med forskellige formfaktorer i kompleksformede (såsom krumlinjede) objekter, " fortalte Lee Phys.org . "Vi forestiller os, at det printbare batteri, der præsenteres heri, har et stort løfte om potentiel brug i kommende bærbar elektronik og IOT'er (Internet of Things), som i sidste ende fjerner forudbestemt batteriplads med fast dimension og form."

For et par eksempler, forskerne trykte et hjerteformet batteri på en kop, printede endnu et batteri på papirbriller, der ligner Google Glass, og trykte også bogstaverne "PRISS" på papir. Fordi de udskrevne batterier er så problemfrit integreret i overfladen af ​​disse objekter, på en måde ser det ud til, at der slet ikke er noget batteri der. Imidlertid, at forbinde kabler til disse batteri-indlejrede overflader viser, at de kan forsyne LED'er.

Samlet set, den trykte batteriydelse er konkurrencedygtig med andre fleksible batterier, viser god langsigtet lagerkapacitet, 90 % kapacitetsbevarelse efter 30 cyklusser, og ingen påviselig ændring i elektrisk modstand under gentagne bøjningscykler. Stadig, i fremtiden planlægger forskerne at forbedre visse områder, herunder at øge energitætheden og forlænge batteriets levetid.

Et andet område af fremtidig forskning er at kombinere PRISS-batterier med højpræcision inkjet-print og 3D-print, hvilket vil føre til endnu flere hidtil usete designmuligheder.

"For at udvide anvendelsesområderne for de printbare batterier, vi overvejer i øjeblikket en bred vifte af trykteknikker, "Sagde Lee." Blækstråle og 3D-print kan anbefales som en lovende teknologi, der muliggør let fremstilling af multidimensionale/multiscale komplekse strukturerede strømkilder. En presserende forudsætning for at nå dette mål er, at printbare batterikomponenter skal være præcist indstillet til at opfylde de rheologiske krav til hver printteknologi, uden at forringe de elektrokemiske egenskaber. Vores gruppe har for nylig opnået nogle spændende resultater på printbare batterier med inkjet- og 3D-printteknologi, som vil give helt nye anvendelsesområder for genopladelige strømkilder, som vi endnu ikke er stødt på."

© 2015 Phys.org