Naukowcy 3D drukują nowe kształty baterii cynkowo-jonowych do urządzeń przenośnych

Wraz z rozwojem elastycznych urządzeń do noszenia pojawia się zapotrzebowanie na nowe kształty baterii, ponieważ większość baterii jest obecnie ograniczona do kształtów sferycznych lub prostokątnych. Te kształty nie wykorzystują przestrzeni tak skutecznie, jak inne kształty, więc zespół badaczy prowadzonych przez profesora Il-Doo Kim z Wydziału Inżynierii Materiałowej w KAIST i Profesor Jennifer Lewis ze Szkoły Inżynierii i Nauk Stosowanych Uniwersytetu Harvarda Drukowanie 3D w celu produkcji baterii o różnych nowatorskich kształtach.

Kształty te obejmują baterie w kształcie litery "H" i "U". Dzięki współpracy badawczej z dr. Youngmin Choi w Koreańskim Instytucie Technologii Chemicznej (KRICT), te drukowane baterie 3D zostały zastosowane do małych urządzeń elektronicznych do noszenia, mianowicie do noszenia pierścieni czujnika światła.

Zespół dostosował się do środowiska przyjazne wodne baterie Zn-ion do tworzenia dostosowanych akumulatorów. System wykorzystujący Zn2 + zamiast Li + jako nośniki ładunku jest znacznie bezpieczniejszy niż akumulatory litowe, które wykorzystują wysoce łatwopalne elektrolity organiczne. Warunki przetwarzania tych akumulatorów litowo-jonowych są również bardzo skomplikowane, ponieważ rozpuszczalniki organiczne mogą się zapalić pod wpływem wilgoci i tlenu. Wodne akumulatory Zn-ion są stabilne w kontakcie z wilgocią atmosferyczną i tlenem, dzięki czemu można je wytwarzać w warunkach otaczającego powietrza. Mają również zalety w pakowaniu, ponieważ pakowane tworzywa sztuczne nie rozpuszczają się w wodzie nawet po wydrukowaniu 3D.

Naukowcy wykorzystali proces elektroprzędzenia do wyprodukowania kolektora prądu z włókna węglowego i jednorodnie powleczonego elektrochemicznie czynnego polimeru przewodzącego polianilinę. powierzchnia z włókna węglowego dla zintegrowanej katody z aktywną warstwą zbierającą. Katoda, która jest oparta na przewodzącej polianilinie składającej się ze struktury 3D, charakteryzuje się wyjątkowo szybkimi szybkościami ładowania, przy czym 50% ładunku jest realizowane w ciągu dwóch minut. Można go wytwarzać bez odrywania aktywnych materiałów katodowych, dzięki czemu można wytwarzać różne formy akumulatorów o wysokiej stabilności mechanicznej.

"Baterie Zn-ion wykorzystujące wodne elektrolity mają tę zaletę, że są wytwarzane w warunkach otoczenia, więc Łatwo jest wyprodukować spersonalizowane zestawy akumulatorów przy użyciu druku 3D "- powiedział profesor Kim.

Badania zostały opublikowane w artykule zatytułowanym" Wysokowydajne wodne baterie cynkowo-jonowe do niestandardowych urządzeń elektrycznych ".

"Akumulatory z nadrukiem 3D mogą być łatwozastosowane w niszowych aplikacjach, takich jak nadające się do noszenia, spersonalizowane, miniaturowe mikrobagoty i wszczepialne urządzenia medyczne lub mikroelektroniczne urządzenia pamięciowe o unikalnych konstrukcjach "- powiedział profesor Lewis.

Większość obecnych kształtów baterii jest zoptymalizowana pod kątem ogniw do monet lub etui komórki. Ponieważ baterie zajmują większość miejsca w urządzeniach mikroelektronicznych, wymagane są różne kształty, aby pasowały do ​​nowej, szerszej gamy urządzeń. Sukces naukowców może doprowadzić do powstania większej liczby urządzeń do noszenia na ciele, w tym bardzo małych.

W powiązanej wiadomości profesor Kim został mianowany redaktorem naczelnym ACS Nano, w którym artykuł został niedawno opublikowany .

"To dla mnie wielki zaszczyt być redaktorem naczelnym znanego czasopisma ACS Nano, które ma wpływ na 13,709, z liczbą 134,596 cytowań w 2017 r." - powiedział. "Poprzez działania redakcyjne w dziedzinie energii, poświęcam się poprawie znaczenia KAIST i rozszerzeniu zakresu koreańskiej nauki i technologii. Przyczyni się również do większej międzynarodowej współpracy z najlepszymi na świecie grupami badawczymi. " CD3D .

Autorzy praca obejmuje Chanhoon Kim, Bok Yeop Ahn, Teng-Sing Wei, Yejin Jo, Sunho Jeong, Youngmin Choi, Ill-Do Kim i Jennifer A. Lewis.