Litiumbatterier driver allt från smartphones och läsplattor till e-cigaretter och elbilar. Fram till nu har tillverkare varit tvungna att designa sina enheter kring standard batteristorlekar, och det begränsar konstruktionsalternativen och kapaciteten hos konsumentenheter. Men ett forskningsprojekt lett av Christopher Reyes och Benjamin Wiley, har utvecklat en ny metod för att skriva ut litiumjonbatterier med hjälp av 3D-skrivare i nästan vilken form som helst. De skriver om sina resultat i ACS Applied Energy Materials.
De flesta litiumbatterier på marknaden är antingen rektangulära eller cylindriska. Teoretiskt sett kan 3D-utskriftsteknik skriva ut en hel enhet, inklusive batteriet med strukturella och elektroniska komponenter, i nästan vilken form som helst. Problemet som har stått i vägen för helt 3D-utskrivna litiumbatterier är emellertid att polymererna som används för 3D-printing inte är jonledande. Forskarna vill också kunna skriva ut kompletta litiumbatterier till låg kostnad.
För att öka ledningsförmågan i polymererna infekterade man dessa med en elektrolytlösning. Dessutom införde de grafen eller nanotuber gjorda av kolfiber i respektive anod eller katod för att öka batteriets elektriska ledningsförmåga.
För att visa batteriets potential, printade forskarna ett LED armband med ett integrerat litiumbatteri som gör att denna gröna lysdiod har en lystid på ca 60 sekunder.
Teamet noterar att kapaciteten hos det första generationens 3D-utskrivna batteriet är ungefär två grader lägre än för kommersiella batterier, vilket är för lågt för praktisk användning. Framtida arbeten kan innefatta att utveckla sätt att öka kapaciteten hos det 3D-skrivna batteriet, såsom "ersättning av polymerbaserade anoder och katodmaterial med 3D-skrivbara pastor som kan rymma höga belastningar av aktivt material och kan skrivas ut i takt med en polymeravskiljare och användningen av alternativa nanomaterial, såsom reducerad grafenoxid, kan potentiellt fungera som både det ledande fyllmedlet och det aktiva materialet, vilket eliminerar behovet av både ett inaktivt ledande material och ett aktivt material med låg ledningsförmåga. Alternativt kan omslagen av de aktiva materialen, LTO och LMO , med ledande fyllmedel före blandning i polymeren kan förbättra elektrisk kontakt med de aktiva materialen när de är närvarande vid låga koncentrationer i polymeren. Dessa resultat bör gynna dem som vill skapa energilagringsmaterial och enheter som kan 3D-skrivas för att skapa batterier i godtyckliga former. "