3D-gedruckte Lithium-Ionen-Batterien

18.10.2018 - USA

Elektrofahrzeuge und die meisten elektronischen Geräte, wie Handys und Laptops, werden mit Lithium-Ionen-Batterien betrieben. Bisher mussten die Hersteller ihre Geräte an die Größe und Form handelsüblicher Batterien anpassen. Aber die Forscher haben eine neue Methode entwickelt, um Lithium-Ionen-Batterien in nahezu jeder Form in 3D zu drucken.

Die meisten Lithium-Ionen-Batterien auf dem Markt sind in zylindrischer oder rechteckiger Form erhältlich. Folglich wenn ein Hersteller ein Produkt entwirft -- wie ein Handy -- müssen sie eine bestimmte Größe und Form für die Batterie festlegen, die Platz verschwenden und Designoptionen begrenzen könnte. Theoretisch können 3D-Drucktechnologien ein ganzes Gerät, einschließlich der Batterie sowie strukturelle und elektronische Komponenten, in nahezu jeder Form herstellen. Die für den 3D-Druck verwendeten Polymere, wie beispielsweise Poly(milchsäure) (PLA), sind jedoch keine Ionenleiter, was eine große Hürde für gedruckte Batterien darstellt. Christopher Reyes, Benjamin Wiley und ihre Kollegen wollten ein Verfahren entwickeln, um komplette Lithium-Ionen-Batterien mit einem kostengünstigen 3D-Drucker zu drucken.

Die Forscher erhöhten die Ionenleitfähigkeit von PLA, indem sie es mit einer Elektrolytlösung versetzten. Darüber hinaus haben sie die elektrische Leitfähigkeit der Batterie erhöht, indem sie Graphen oder mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhrchen in die Anode bzw. Kathode integriert haben. Um das Potenzial der Batterie zu demonstrieren, druckte das Team 3D ein LED-Armband mit integriertem Lithium-Ionen-Akku. Der Armreifakku kann eine grüne LED für ca. 60 Sekunden mit Strom versorgen. Laut den Forschern ist die Kapazität der 3D-bedruckten Batterie der ersten Generation etwa zwei Größenordnungen niedriger als die der kommerziellen Batterien, die für den praktischen Einsatz zu niedrig ist. Sie sagen jedoch, dass sie mehrere Ideen zur Kapazitätserweiterung haben, wie z.B. den Ersatz der PLA-basierten Materialien durch 3D-druckbare Pasten.

Originalveröffentlichung

Christopher Reyes, Rita Somogyi, Sibo Niu, Mutya A. Cruz, Feichen Yang, Matthew J. Catenacci, Christopher P. Rhodes, and Benjamin J. Wiley; "Three-Dimensional Printing of a Complete Lithium Ion Battery with Fused Filament Fabrication"; ACS Applied Energy Materials; 2018

https://www.chemie.de/news/161825/3d-gedruckte-lithium-ionen-batterien.html