Una batteria agli ioni di litio a forma di cuore stampata su una tazza di vetro viene utilizzata per accendere un LED. Credito:Kim, et al. ©2015 American Chemical Society
Gli scienziati hanno sviluppato una nuova tecnica in grado di stampare batterie su quasi tutte le superfici, che dovrebbe essere essenziale per l'elettronica flessibile futura come i display avvolgibili, abbigliamento elettronico intelligente, e dispositivi di tipo Google Glass. Considerando che le odierne batterie agli ioni di litio possono essere fabbricate solo in forme e dimensioni fisse, come cilindri o celle a sacchetto, le nuove batterie agli ioni di litio possono essere stampate nella loro interezza, inclusi elettrodi ed elettrolita, quasi ovunque. I ricercatori prevedono persino che in futuro le batterie potrebbero essere stampate con una stampante 3D in varie forme 3D.
I ricercatori, guidato da Sang-Young Lee, Professore all'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) in Corea del Sud, hanno pubblicato un articolo sulle nuove batterie agli ioni di litio stampabili a stato solido (PRISS) in un recente numero di Nano lettere .
Nella produzione convenzionale di batterie agli ioni di litio, gli elettrodi e le membrane separatrici sono impilati o avvolti l'uno sull'altro e confezionati in custodie metalliche, che vengono poi iniettati con elettroliti liquidi. È stato difficile fabbricare batterie di diverse forme e dimensioni a causa del fatto che gli elettroliti liquidi sono combustibili e possono fuoriuscire se non imballati correttamente, e anche perché le membrane separatrici sono necessarie per impedire il contatto tra gli elettrodi.
Il nuovo metodo di produzione delle batterie non richiede né l'iniezione di elettrolita liquido né le membrane di separazione. Anziché, l'elettrolita è costituito da una pasta, gli elettrodi sono costituiti da un impasto liquido, e vengono successivamente stampati su una superficie e quindi polimerizzati con luce ultravioletta. Poiché la pasta elettrolitica è stampata tra gli elettrodi, svolge anche il ruolo di membrana separatrice. L'impasto liquido e la pasta possono anche essere stampati attraverso uno stencil, consentendo di stampare le batterie in forme diverse, lettere, e disegni.
Gli esempi di batterie stampabili includono una perfetta integrazione nelle lenti degli occhiali, così come le batterie stampate su occhiali di carta e sotto forma di lettere “PRISS” su un materiale flessibile. Credito:Kim, et al. ©2015 American Chemical Society
"Tutti i componenti della batteria, come i catodi, anodi ed elettroliti, possono essere stampati su oggetti arbitrari di geometrie complesse, consentendo in tal modo la perfetta integrazione di batterie ricaricabili a stato solido conformabili con vari fattori di forma in oggetti di forma complessa (come curvilinei), "Lei ha detto Phys.org . "Prevediamo che la batteria stampabile qui presentata sia molto promettente per un potenziale utilizzo nei prossimi dispositivi elettronici indossabili e IOT (Internet of Things), che alla fine rimuove lo spazio della batteria pre-designato con dimensioni e forma fisse."
Per un paio di esempi, gli scienziati hanno stampato una batteria a forma di cuore su una tazza, stampato un'altra batteria su occhiali di carta simili a Google Glass, e stampava anche le lettere "PRISS" su carta. Poiché le batterie stampate sono così perfettamente integrate nella superficie di questi oggetti, in un certo senso sembra che non ci sia affatto la batteria. Però, il collegamento dei cavi a queste superfici integrate nella batteria mostra che possono alimentare i LED.
Globale, le prestazioni della batteria stampata sono competitive con quelle di altre batterie flessibili, dimostrando una buona capacità di stoccaggio a lungo termine, Mantenimento della capacità del 90% dopo 30 cicli, e nessun cambiamento rilevabile nella resistenza elettrica durante ripetuti cicli di piegatura. Ancora, in futuro i ricercatori hanno in programma di migliorare alcune aree, compreso l'aumento della densità di energia e il prolungamento della durata della batteria.
Un'altra area di ricerca futura sta combinando le batterie PRISS con la stampa a getto d'inchiostro ad alta precisione e la stampa 3D, che porterà a opportunità di design ancora più senza precedenti.
"Per ampliare i campi di applicazione delle batterie stampabili, stiamo attualmente considerando un'ampia varietà di tecniche di stampa, "Lee ha detto. "La stampa a getto d'inchiostro e 3D può essere consigliata come una tecnologia promettente per consentire la facile fabbricazione di fonti di energia multidimensionali/multiscala strutturate complesse. Un prerequisito urgente per raggiungere questo obiettivo è che i componenti stampabili della batteria siano sintonizzati con precisione per soddisfare i requisiti reologici di ciascuna tecnologia di stampa, senza alterare le proprietà elettrochimiche. Il nostro gruppo ha recentemente raggiunto alcuni interessanti risultati sulle batterie stampabili con tecnologia a getto d'inchiostro e stampa 3D, che fornirà campi di applicazione completamente nuovi di fonti di alimentazione ricaricabili che non abbiamo ancora incontrato."
© 2015 Phys.org
