У США створили 3D-принтер для друку "ідеальних" акумуляторів

акумулятор, батарея
Фото: unsplash.com

Прототип зміг надрукувати твердотільний акумулятор із металу та кераміки ємністю 3 А·год.

Стартап з США під назвою Sakuu розробив 3D-принтер для друку твердотільних батарей нового покоління, які можуть перевершити літіє-іонні.

Про це пише портал IEEE Spectrum.

Як стверджують інженери, їхня технологія струменевого друку дозволяє створювати твердотільні батареї, характеристики яких не гірші або навіть кращі, ніж у сучасних акумуляторів. При цьому вони дешевші у виробництві. Під час випробувань принтера їм вдалося надрукувати маленький накопичувальний елемент ємністю 3 ампер-години.

"Щоб отримати батареї з максимальною щільністю енергії, ми хочемо мінімізувати обсяг усіх елементів, які нічого не додають до продуктивності батареї", — пояснив Карл Літтау, технічний директор Sakku.

Новостворена батарея містить літіє-металевий анод, а також керамічний електроліт, який розділяє його з катодом. Варто зазначити, що традиційні літіє-іонні акумулятори використовують як електроліти органічні рідини, що значно підвищує ризик загоряння.

Прототип принтера дозволяє наносити кілька матеріалів одним тонким шаром. Він використовує сполучну речовину, розроблену в Массачусетському технологічному інституті, яка наноситься на шар порошку. Як запевняють інженери Sakku, таким чином вони можуть поєднувати в одній батареї струменеву обробку металу та кераміки.

Компанія не розкриває деталей щодо того, як влаштовано їхні винаходи, проте стверджує, що технологія та виробництво електроліту "є свого роду перлиною для всіх, хто працює в області твердотільних акумуляторних батарей".

Представники Sakku кажуть, за останній рік їм вдалося в 100 разів збільшити енергоємність твердотільної батареї, енергоефективність — у більш ніж 12 разів.

У кінці 2021 року ці фірми збираються створити перший автоматичний принтер на основі нової технології та почати виробляти батареї в промислових масштабах.

Технологія 3D-друку Sakku розроблена з урахуванням використання в автопромі, адже стартап підтримує японський виробник автомобільних запчастин Musashi Seimitsu. Літтау зазначає, що принтер здатний створити батарею практично для будь-якої техніки: від акумуляторів для скутерів до датчиків для пристроїв Інтернету речей.

Літіє-іонні акумулятори використовуються практично у всіх сучасних пристроях, включаючи смартфони, ноутбуки, електротранспорт. Літіє-металеві аналоги можуть похвалитися більшою ємністю і щільністю, проте володіють великим недоліком: дендрити наростають на аноді при кожному циклі і з часом проникають до катода, створюючи небезпеку короткого замикання і загоряння.

батарея
Cтруктура літіє-металевої батареї на прикладі сендвіча

Вихід є: нещодавно вчені з Гарвардської школи інженерії та прикладних наук Джона А. Полсона (SEAS) придумали спосіб, як уповільнити зростання дендритів. Вони вважають, що для цього необхідно розмістити між анодом і катодом матеріали різної стійкості, ніби різні продукти між тостами бутерброда. Як повідомляють фізики, прототип їхньої батареї можна заряджати до 10 тисяч разів при високій щільності струму без значного погіршення характеристик.

Раніше вчені створили перший в історії надпотужний мікроакумулятор. Він важить, як два рисових зерна, але може вмістити багато енергії завдяки модернізованому корпусу.