К сожалению, целый аккумулятор пока напечатать нельзя, но вот его отдельные части…
От размера батареи и ее емкости зависит многое: как долго продержится без зарядки ваш смартфон, сколько будет весить ноутбук, каким будет запас хода электромобиля… Многие ученые и инженеры ломают головы решая задачу — как увеличить энергоемкость литий-ионного аккумулятора, чтобы он при этом оставался компактным и легким?
Современные технологии не дают возможности уменьшить размеры батареи, не теряя емкости. Следовательно, следует изменить сами технологии.
Ячейка обычной литий-ионной батареи состоит из нескольких слоев: нижний токосъемник, на нем — катодный материал, который служит источником ионов лития, далее — пропитанный электролитом сепаратор, затем — анодный материал, который захватывает испускаемые катодом ионы, а завершает этот «слоеный пирожок» верхний токосъемник, как правило, медный. Для экспериментов обычно используют единичные ячейки, тогда как в настоящих аккумуляторах таких ячеек сотни и тысячи.
В Санкт-Петербурге группа ученых из Университета ИТМО совместно с коллегами из политехнического университета Петра Великого и Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе, смогли уменьшить в 20 раз толщину одного из слоев аккумуляторной ячейки, а именно катодного материала.
Как они это сделали? Невероятно, но ученые буквально напечатали катод на струйном принтере! Были разработаны специальные «чернила», которые удалось нанести на токосъемник слоем в 5 микрометров. Тогда как сегодня в аккумуляторах слой катодного материала составляет 100 микрометров. Ранее уже предпринимались попытки уменьшить толщину катода различными способами, но до сих пор лучшим результатом оставался слой толщиной в 50 микрометров.
Петербургские ученые уже подтвердили на практике, что созданный таким необычным способом катод отлично работает.
Теперь у разработчиков есть как минимум два пути: можно либо уменьшать размеры и массу самого аккумулятора, сохраняя неизменной его энергоемкость, либо увеличивать емкость в прежних габаритах.
