3D-печать применяется в изготовлении миниатюрных Li-Ion аккумуляторов

Команде, состоящей из инженеров Гарварда, а так же специалистов Иллинойского университета Урбaна-Шaмпейна, удалось напечатать на 3D-принтере литий-ионный (Li-Ion) аккумулятор сверхмалого размера. Толщина изготовленной модели достигает один миллиметр.

Этапы изготовления литий-ионного аккумулятора с помощью 3D-принтера

На картинке изображена последовательность изготовления. Вначале на пластину – класс, наносится токопроводящий слой. Затем с помощью 3D-принтера наносится слой анодов из титаната лития Li4Ti5O12 (LTO). Оставшееся пространство заполняют катодами из литированного фосфата железа LiFePO4 (LFP). На завершающем этапе полученную миниатюру упаковывают.

Модели литий-ионных аккумуляторов напечатанных на 3D-принтере

Печатающая головка 3D-принтера с диаметром сопла в 30 микрон, в процессе печати слоёв титаната лития наносит материал под давлением 105 psi (724 Па). Движение печатающей головки чётко прописано программой, что обеспечивает точность нанесения всех слоев. Скорость печати составляет 1 мм в секунду. Создание одного миниатюрного аккумулятора методом 3D-печати занимает минимум времени. Ранее об этом можно было только мечтать.

Для получения материала для печати нужной вязкости, по консистенции схожей с зубной пастой и быстро застывающей в воздухе, были использованы наночастицы LTO и LFP, замешиваемые в густой раствор.

Наночастицы LTO и LFP из которых вымешивают материал для печати

Ожидается, что такие миниатюрные аккумуляторы, изготовленные с помощью 3D-печати, будут применяться в микроэлектронике, MEMS-устройствах.

Прототип готового аккумулятора, залитый электролитом и помещённый в пластиковый корпус

Метод 3D-печати при изготовлении электродов позволяет повысить энергоплотность и удельную мощность нанобатарей.

Сравнение характеристик 3D-IMA с другими экспериментальными технологиями изготовления наноаккумуляторов по удельной мощности и энергоплотности

Li-ion аккумуляторы имеют широкое применение. Благодаря обеспечению правильного режима заряда и разряда, данные аккумуляторы широко используются в мобильных телефонах, ноутбуках, цифровых фотокамерах и прочей техники. Но из-за неспособности обеспечения больших токов разряда, сфера применения Li-ion все же ограничена.

Создание Li-ion аккумуляторов с помощью 3D-принтеров открывает новые перспективы для применения рассматриваемых батарей, поскольку метод 3D-печати позволяет повысить их удельную мощность.