На 3D-принтере впервые напечатали литий-ионный аккумулятор

Ученые с США научились печатать на 3D-принтере готовые к использованию литий-ионные аккумуляторы и создали с помощью этой технологий прототип браслета со светодиодом и солнечные очки с регулируемым затемнением, рассказывают авторы в статье Three-Dimensional Printing of a Complete Lithium Ion Battery with Fused Filament Fabrication в журнале ACS Applied Energy Materials. 

Как известно, с помощью 3D-печати уже можно создавать эластичные проводящие дорожки для носимых устройств. Но, пока таким образом можно печатать лишь часть необходимых для полноценного устройства компонентов, а чипы и аккумуляторы приходится изготавливать другими способами.

Бенджамин Уайли (Benjamin Wiley) и его коллеги из Университета Дьюка и Университета штата Техас разработали метод, с помощью которого можно создавать полноценные функционирующие литий-ионные аккумуляторы при помощи 3D-принтера.

Для этого они использовали бюджетное устройство стоимостью около 250 долларов, которое печатает объекты с помощью послойного наплавления (FDM). Главной целью инженеров было создать простую и доступную технологию.

Чтобы реализовать свою идею, ученые модифицировали состав материала печати, так как принтер рассчитан на печать полилактидом, однако, сам по себе этот материал имеет крайне низкую ионную проводимость и не подходит для создания аккумуляторов.

Ученые рассмотрели множество материалов, провели измерения их свойств и остановились на следующей схеме. Сначала принтер печатает слой из проводящего графенового филамента для 3D-принтеров, который выступает в качестве токосборника. На нем печатается анод из смеси полилактида, графена и титаната лития, сверху располагается камера для электролита, печатаемая из чистого полилактида, а над ним катод из смеси полилактида, манганата лития и многослойных углеродных нанотрубок. На последнем шаге принтер печатает второй токосборник из метал-полимерного композитного филамента.

Напечатанный на 3D-принтере аккумулятор

Инженеры продемонстрировали работоспособность метода, создав с его помощью два устройства-прототипа. Одно из них представляет кольцевидный браслет с изогнутым аккумулятором, способным питать светодиод в течение минуты. Второй прототип — это солнечные очки с изменяемой прозрачностью. В одной из дужек расположен аккумулятор, а спереди располагается жидкокристаллическая панель, которая становится непрозрачной при подаче тока с аккумулятора.

Прототипы очков и браслета

В перспективе усовершенствованная технология позволит создавать более сложные и долговечные устройства со встроенными аккумуляторами.