Gli scienziati della Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University (SPbPU) stanno sviluppando una tecnologia per stampare gli elettrodi per batterie agli ioni di litio in miniatura utilizzando una stampante a getto d'inchiostro. La ricerca in corso può aiutare a creare alimentatori per biosensori, elettronica indossabile, e altri dispositivi in ​​miniatura. I risultati dello studio sono pubblicati su una delle principali riviste scientifiche Tecnologia energetica . La ricerca è stata condotta con il sostegno finanziario del centro di iniziativa tecnologica nazionale di SPbPU e due sovvenzioni della fondazione scientifica russa.

Batterie agli ioni di litio prodotte con una tecnologia convenzionale, hanno un'alta densità di energia, il che significa che possono immagazzinarne una grande quantità in un piccolo volume. A causa di questa proprietà, sono spesso utilizzati per dispositivi in ​​miniatura, come smartwatch, penne stilografiche e così via. Oggi, il progresso in quel campo ha raggiunto il suo limite tecnologico, e un'ulteriore riduzione delle dimensioni è impegnativa. Perciò, la crescita tecnologica richiede nuovi approcci per la produzione di batterie. Tra le altre possibili soluzioni ci sono i metodi utilizzati nella produzione di circuiti integrati, così come vari metodi di stampa che hanno un vantaggio nelle loro alte prestazioni.

Per stampare elettrodi con le caratteristiche indicate, bisogna selezionare le condizioni di sintesi, composizione e viscosità della soluzione di stampa, e i parametri di stampa (ad esempio, la distanza tra le gocce e il numero di strati applicati). È un compito impegnativo per gli specialisti di diversi campi della scienza. Elettrodi prodotti dalla stampa a getto d'inchiostro, non è in grado di fornire una densità di energia sufficientemente elevata rispetto agli elettrodi prodotti dalla tecnologia tradizionale. La differenza osservata è dovuta all'utilizzo di vari materiali, così come i parametri degli elettrodi fabbricati:densità dello strato attivo, la proporzione di materiale attivo, eccetera.

"Per ridurre la differenza di densità energetica, proponiamo di utilizzare composti promettenti a base di materiale catodico arricchito con litio e manganese con una capacità aumentata, " ha detto Maxim Maximov, il principale ricercatore presso il "Laboratorio di sintesi di nuovi materiali e strutture" del Centro di tecnologie avanzate di produzione dell'Iniziativa tecnologica nazionale (NTI) del Politecnico di San Pietroburgo Pietro il Grande. "Abbiamo dimostrato la possibilità di produrre elettrodi con questo materiale mediante stampa a getto d'inchiostro. Abbiamo anche scoperto che l'intensità energetica del materiale nell'elettrodo stampato e l'elettrodo realizzato con la tecnologia tradizionale sono simili".

Utilizzando il materiale catodico attivo sintetizzato, gli scienziati hanno preparato una soluzione colloidale stabile e ne hanno ottimizzato i parametri reologici per la stampa a getto d'inchiostro. Hanno selezionato le condizioni per la stampa degli elettrodi, condotto uno studio sulle proprietà elettrochimiche degli elettrodi stampati, confermando le prospettive di utilizzo di questo approccio tecnologico e la composizione scelta del materiale del catodo. Prossimamente, gli scienziati hanno in programma di condurre una ricerca che fornirà un ulteriore aumento dell'intensità energetica degli elettrodi stampati e del prototipo della batteria agli ioni di litio.