Технология трехмерной печати теперь может использоваться для создания литий-ионных микро аккумуляторов размером с песчинку. Такие аккумуляторы могли бы снабжать электричеством крошечные устройства, применяемые в самых разных областях – от медицины до коммуникаций.
Для создания микро аккумуляторов исследовательская группа из Гарвардского университета и Университета Иллинойса в Урабана-Кампэйн (США) напечатала чередующиеся стопки крошечных аккумуляторных электродов, величина каждого из которых меньше толщины человеческого волоса.
«Мы не только впервые продемонстрировали, что можем создать аккумулятор посредством 3D-печати, но и показали самый точный способ для этого», — сказала профессор Дженнифер Льюис из Гарвардского университета. Результаты проделанной работы получили освещение в онлайн-версии журнала Advanced Materials.
За последние годы инженеры изобрели множество миниатюризированных устройств, включая медицинские имплантаты, похожих на насекомых летающих роботов, а также крошечные камеры и микрофоны, умещающиеся на очках. Но зачастую аккумуляторы, которые снабжают их питанием, столь же велики или даже больше самих этих устройств. Чтобы обойти эту проблему, производители обычно используют для создания электродов тонкие пленки материалов. Однако из-за ультра малой толщины такие твердотельные микро аккумуляторы не вмещают достаточно энергии, чтобы снабжать энергией миниатюризированные устройства завтрашнего дня.
Ученые поняли, что могут увеличить количество энергии за счет создания стопок ультратонких электродов. Для этого они и использовали трехмерную печать. Группа Льюис значительно расширила возможности этой технологии. Исследователи разработали целый ряд функциональных чернил с полезными химическими и электрическими свойствами. Эти чернила они использовали для создания структур, обладающих желаемыми электронными, оптическими и механическими качествами.
Помимо того, что чернила для трехмерной печати должны отвердевать сразу же после выхода из тонких сопел, им необходимо функционировать в качестве электрохимически активных материалов для анодов и катодов, поэтому в процессе их создания исследователи использовали наночастицы оксида лития. Принтер наносил чернила на зубцы двух золотых гребенчатых структур, создавая плотную конструкцию из перемежающихся анодных и катодных элементов. Затем исследователи поместили электроды в крошечный контейнер и заполнили его электролитным раствором, получив аккумулятор.
