Tiskneme lithiové mikrobaterie

20. červen 2013

Výzkumníci z Harvardské univerzity a univerzity v Illinois vyvinuli metodu trojrozměrného tisku, s jejíž pomocí vyrobili funkční lithium-iontovou mikrobaterii o rozměru zrnka písku. Tím se otevřela cesta k výrobě a napájení drobných implantátů, výkonných mikrovysílačů, velmi kompaktní mikroelektroniky či mikrorobotů.

Hlavní součástí této první vytištěné mikrobaterie na světě je sada tenkých elektrod umístěných ve formě sendviče těsně vedle sebe. Každá z nich má rozměry menší, než kolik činí průměr lidského vlasu. V poslední době nás mikroelektronika a mikromechanika překvapily řadou velmi malých součástek a přístrojů. Vznikají lékařské implantáty o velikosti pilulky, létající robotický hmyz, kamery a mikrofony, které se vejdou do brýlí. Všem těmto zařízením však dosud chyběly dostatečně výkonné baterie odpovídající velikosti. Stávající baterie, které byly pro fungování těchto mikropřístrojů potřeba, byly leckdy větší než přístroj sam, což výhody miniaturizace zcela negovalo.

Pokud do této doby někdo chtěl vyrobit dostatečně malou baterii, mohl použít např. technologii nanášení tenkých vrstev. To však bohužel nevedlo k dostatečným výkonům a k dostatečné energetické hustotě baterií. Sendvičová struktura těsně na sebe nakupených elektrod, kterou zvládne vyrobit speciální trojrozměrná tiskárna, však už je schopna dostatek energie pojmout.

3D tiskárny vytvářejí trojrozměrné čili fyzické součástky v prostoru podobným způsobem, jakým běžné počítačové dvojrozměrné tiskárny vykreslují obrázky na ploše. 3D tiskárny používají v principu podobnou tiskovou hlavu, s níž k vytvářenému objektu postupně přidávají drobná množství speciální konstrukční hmoty, vrstvičku po vrstvičce a v tenkém vlákně, tzv. filamentu. Tisková hlava 3D tiskárny také musí zabezpečit, aby se takto nanesený materiál dobře spojil, ztuhnul, držel pohromadě a nedrolil se.

<p> <iframe src="https://player.vimeo.com/video/68615945?title=0&amp;byline=0&amp;portrait=0" width="610" height="458" frameborder="0" webkitAllowFullScreen mozallowfullscreen allowFullScreen></iframe> <p><a href="http://vimeo.com/68615945">Tiny 3D-Printed Battery</a> from <a href="http://vimeo.com/wyssinstitute">Wyss Institute</a> on <a href="http://vimeo.com">Vimeo</a>.</p></p>

V daném případě speciální vodivý inkoust na bázi nanočástic oxidu lithia opustil trysku 3D tiskárny tak snadno jako zubní pasta tubu. Vzápětí okamžitě ztuhnul do pevné formy jako součást anody. Pro katodu byl vybrán jiný elektricky aktivní materiál. Po vytištění celé sady obou druhů elektrod výzkumníci baterii zapouzdřili a naplnili elektrolytem, čímž se stala funkční.

Zdroje: Phys.Org, Harvard university, Vimeo

autor: Pavel Vachtl
Spustit audio