En grupp forskare i S:t Petersburg har föreslagit en ny metod för att tillverka elektroder för litiumjonbatterier som driver bärbara datorer, smartphones och surfplattor. Forskarna har visat att dessa element kan skrivas ut med en bläckstråleskrivare, vilket kommer att minska elektrodtjockleken med 10 till 20 gånger och öppna nya möjligheter för tillverkare av kompakt elektronik. Deras artikel har publicerats i tidskriften Energiteknik .

Forskare strävar efter högre kapacitet för litiumjonbatterier samtidigt som de gör dem lättare och mer kompakta. Batteriets storlek och kapacitet avgör hur tung en bärbar dator blir, hur lång tid en smartphone kan fungera mellan laddningscyklerna, och sträckan en elbil kan färdas. Standardtillverkningsmetoder för litiumjonbatterier tillåter inte en betydande ökning av deras vikt eller storlek utan motsvarande förlust av deras batterikapacitet. Således, en förändring i produktionen av batterikomponenter är nödvändig.

Forskarna från ITMO University, Peter den store St. Petersburg Polytechnic University och Ioffe Institute har föreslagit en teknik med vilken tjockleken på katodmaterialnivån kan minskas med 10 eller till och med 20 gånger. Detta kommer att ge en möjlighet att minska storleken och vikten på hela batteriet, som en vanlig surfplatta eller laptop batteri kan ha hundratals av dessa lager.

"Vi har utvecklat bläcket för bläckstråleutskrift av katodmaterialet, säger Denis Kolchanov, en Ph.D. student vid ITMO:s SCAMT Laboratory, som var medförfattare till artikeln. "Vi har lyckats applicera ett lager på cirka 5 mikrometer i tjocklek på strömavtagaren. Befintliga industriprover använder katodmaterial med en tjocklek på 100 mikrometer. Laboratorieprover skapade på basis av andra teknologier ger en tjocklek på 50 mikrometer. Därför , vi kunde minska tjockleken med 10 till 20 gånger. Det är inte möjligt att göra ett mindre lager med denna teknik, eftersom en kortslutning kommer att inträffa."

Forskarna har nyligen bekräftat funktionaliteten hos det tryckta katodmaterialet för att bevisa att tekniken kan användas för att skapa ett mindre fungerande batteri med liknande egenskaper.

I teorin, denna utveckling kan ha en annan användbar effekt. Utskriften av ultratunna strömavtagare med ett katodmaterial skulle göra det möjligt för forskare att skapa ett flexibelt batteri som inte deformeras när det böjs. Det här är viktigt, för idag, högteknologiska företag står inför en svår utmaning:å ena sidan, användare vill att deras prylar ska vara lätta och kompakta; på den andra, människor tycker om att titta på bilder och videor från en så stor skärm som möjligt. Förutom det, det finns en växande efterfrågan på transformatorenheter som kan användas både som surfplattor och bärbara datorer. Vikbara och utdragbara prylar är designade för att lösa dessa problem. Sådana enheter presenterades på CES 2020-utställningen som ägde rum i början av 2020.

För att utveckla en sådan enhet, ingenjörer måste tänka inte bara på skärmen och höljet, men också placeringen av ett vanligt litiumjonbatteri. Helst batteriet i transformatorplattan ska böjas tillsammans med fodralet.

"I teorin, vår utveckling kan användas för att skapa sådana enheter, " förklarar Denis Kolchanov. "Det finns en stor möjlighet att tunna elektroder blir mer flexibla eftersom de inte deformeras när de böjs. Detta gör att vi kan använda dem i transformatorenheter."