Componentes de la batería de iones de litio para imprimir en una impresora de inyección de tinta
Los científicos de la Universidad Politécnica de San Petersburgo Pedro el Grande (SPbPU) están desarrollando una tecnología para imprimir los electrodos de las baterías de iones de litio en miniatura utilizando una impresora de inyección de tinta. La investigación en curso puede ayudar a crear fuentes de alimentación para biosensores, dispositivos electrónicos portátiles y otros dispositivos en miniatura. Los resultados del estudio se publican en una de las principales revistas científicas Tecnología energética. La investigación se llevó a cabo con el apoyo financiero del centro de Iniciativa Tecnológica Nacional de SPbPU y dos subvenciones de fundaciones científicas rusas.
Las baterías de iones de litio producidas por una tecnología convencional tienen una alta densidad de energía, lo que significa que pueden almacenar una gran cantidad de ella en un pequeño volumen. Debido a esta propiedad, a menudo se utilizan para dispositivos en miniatura, como relojes inteligentes, lápices ópticos, etc. Hoy en día, el avance en ese campo llegó a su límite tecnológico, y una mayor reducción de tamaño es un desafío. Por lo tanto, el crecimiento tecnológico requiere nuevos enfoques para la fabricación de baterías. Entre otras posibles soluciones se encuentran los métodos utilizados en la producción de circuitos integrados, así como diversos métodos de impresión que tienen como ventaja su alto rendimiento.
Para imprimir electrodos con las características dadas, es necesario seleccionar las condiciones de síntesis, la composición y viscosidad de la solución de impresión y los parámetros de impresión (por ejemplo, la distancia entre las gotas y el número de capas aplicadas). Es una tarea desafiante para especialistas de diferentes campos de la ciencia. Los electrodos fabricados por impresión de inyección de tinta no pueden proporcionar una densidad de energía lo suficientemente alta en comparación con los electrodos producidos por tecnología tradicional. La diferencia observada se debe al uso de varios materiales, así como a los parámetros de los electrodos fabricados, la densidad de la capa activa, la proporción de material activo, etc.
“Para reducir la diferencia en la densidad de energía, proponemos utilizar compuestos prometedores basados en material de cátodo enriquecido con litio y manganeso con una mayor capacidad”, dijo Maxim Maximov, investigador principal del “Laboratorio de síntesis de nuevos materiales y estructuras” de la Centro de Tecnologías de Fabricación Avanzada de la Iniciativa Tecnológica Nacional (NTI) de la Universidad Politécnica de San Petersburgo Pedro el Grande. “Demostramos la posibilidad de fabricar electrodos con este material mediante impresión por inyección de tinta. También hemos encontrado que la intensidad energética del material en el electrodo impreso y el electrodo fabricado con tecnología tradicional son similares”.
Con el material del cátodo activo sintetizado, los científicos prepararon una solución coloidal estable y optimizaron sus parámetros reológicos para la impresión por inyección de tinta. Seleccionaron las condiciones para la impresión de electrodos, realizaron un estudio de las propiedades electroquímicas de los electrodos impresos, confirmando las perspectivas de utilizar este enfoque tecnológico y la composición elegida del material del cátodo. Pronto, los científicos planean realizar una investigación que proporcionará un aumento adicional en la intensidad energética de los electrodos impresos y el prototipo de la batería de iones de litio.
