Lithium-Ionen-Batterien versorgen fast alle modernen Technologien und Geräte, die wir täglich verwenden. Sie versorgen Elektrofahrzeuge, Mobiltelefone, Laptops und Tablets. Jahrelang hing die Entwicklung und das Design des Geräts von der Größe und Größe abForm der verfügbaren Batterietypen.
Ein Forscherteam der American Chemical Society hat einen Weg gefunden, um maßgeschneiderte Lithium-Ionen-Batterien per 3D-Druck herzustellen. Dieses innovative System könnte eine Vielzahl neuer Geräte in Größen und Formen bedeuten, die die Öffentlichkeit zuvor noch nicht gesehen hat.
Aktuelle Lithium-Ionen-Beschränkungen
Die Forscher Christopher Reyes, Benjamin Wiley und ihre Kollegen stellten fest, dass die meisten Lithium-Ionen-Batterien auf dem Markt entweder Zylinder oder Rechtecke haben. Diese traditionellen Formen bedeuten, dass Entwickler wie Apple, Toshiba oder Samsung die Form des Lithiums beibehalten müssen.Denken Sie bei der Entwicklung des nächsten Smartphones oder Computers zuerst an den Ionenakku. Dies bedeutet auch, dass durch den Akku unvermeidlich viel Platz im Gerät verschwendet wird.
Es gibt auch eine Größenbeschränkung, wie klein effektive Lithiumionen werden können. Während die Batterien klein werden können, muss in ihnen noch genügend Platz für Elektrolyte, Anoden- und Kathodenmaterialien sowie Kohlenstoffadditive vorhanden sein.
3D-Druck einer Lösung für Lithium-Ionen-Größen
Das ACS-Team konnte theoretisch ein ganzes Gerät - einschließlich Batterie - in jeder Form in 3D drucken. Der Druckprozess war nicht das Problem. Das Problem kam von den in der 3D-Drucktechnologie verwendeten Polymeren. Polymere wie Polymilchsäure PLAsind keine Ionenleiter. Um die Kosten niedrig zu halten, mussten die Forscher einen Weg finden, um die kundenspezifischen Lithium-Ionen-Batterien auf kostengünstigen, relativ normalen 3D-Druckern herzustellen.
Die Forscher entwickelten einen Weg, um die Leitfähigkeit von PLA zu erhöhen. Sie infundierten es mit einer Elektrolytlösung und fügten der Anode bzw. Kathode Graphen oder Kohlenstoffnanoröhren hinzu. Das Hinzufügen von Graphen und Kohlenstoffnanoröhren verbesserte die Leitfähigkeit der Batterie.
Um ihre Lösung zu testen, erstellten sie ein einfaches LED-Armreifarmband, das wie ein Fitbit oder ein Aktivitäts-Tracker aussah. Die LEDs des Armreifs wurden von einer in den Armreif integrierten Lithium-Ionen-Batterie gespeist. Die Batterie leuchtete fast eine Minute lang grün -eine geringe Kapazität für Personen, die an die Länge des Ladevorgangs eines iPhone-Akkus gewöhnt sind.
Die Forscher gaben zu, dass die erste Runde der 3D-gedruckten Batterien doppelt so niedrig ist wie die Leistung kommerzieller Lithium-Ionen-Batterien. Obwohl der Prozess beeindruckend ist, ist die Batterie selbst für den kommerziellen und praktischen Einsatz immer noch zu niedrig. Die Forscher haben dies jedoch getanDer Prozess ist abgeschlossen und sie haben bereits einige Ideen zur Kapazitätserhöhung. Sie werden versuchen, die PLA-Materialien durch neue Materialien wie 3D-druckbare Pasten zu ersetzen.
Kein Wort von den Forschern darüber, ob die 3D-gedruckten Batterien ihre Tendenz zur Überhitzung und sogar zum Auffangen von Flammen vermeiden. Letztes Jahr entwickelte ein separates Forscherteam der University of Maryland a Lithium-Ionen-Akku auf Wasserbasis Sie sagten, sie könnten keine potenziell gefährliche Flamme entzünden.