EO

Micro-accu uit 3D-printer (video)

23 juni 2013 om 14:27 uur - Boston (VS)

Een researchgroep van de Harvard University en de University of Illinois in Urbana-Champaign heeft voor het eerst de mogelijkheid gedemonstreerd om met 3D-printtechniek een batterij te maken. De afbeelding toont het geïnterlinieerde pakket elektroden dat laag voor laag is geprint om de anode en kathode van de batterij te vormen. (foto: Jennifer Lewis)

Video: de productie van de microbatterij: een 3D-printer extrudeert speciale inkten door een spuitmondje dat nauwer is dan een mensenhaar. De inkten harden laah voor laag uit tot de anode (rood) en de kathode (paars) van de batterij. De elektroden worden ondergebracht in een behuizing (groen) die wordt gevuld met een elektrolyt. (afbeeldingen: Jennifer Lewis)

Met een 3-D printer kunnen nu lithium-ion micro-accu's worden geprint ter grootte van een korreltje zand. Deze micro-accu's zouden minuscule elektronische apparaatjes kunnen voeden voor bijvoorbeeld medische toepassingen, communicatie en andere elektronicatoepassingen die in het lab zijn blijven liggen omdat er geen ultrakleine batterijen waren die toch voldoende energie bevatten om ze te voeden.


Om zulke micro-accu's te maken heeft een onderzoeksgroep op de Harvard University en de University of Illinois in Urbana-Champaign kleine pakketjes accu-elektroden met zeer nauwkeurige onderlinge afstanden en een diameter kleiner dan een mensenhaar geprint.

"We hebben niet alleen voor het eerst gedemonstreerd dat we een accu kunnen 3D-printen, maar we lieten het meteen op de meest rigoureuze manier zien", vindt Jennifer Lewis, hoogleraar Biologically Inspired Engineering op de Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). Lewis was een van de leiders van het project, tijdens haar vorige baan in Illinois, samen met materiaalwetenschapper professor Shen Dillon van de University of Illinois.

Gedurende de afgelopen jaren hebben engineers de meest uiteenlopende miniatuurapparaatjes ontwikkeld, waaronder medische implantaten, vliegende insectachtige robotjes en minicamera's en microfoons die passen in een bril. Maar vaak zijn de ervoor benoodigde batterijen groter dan die apparaatjes zelf .
Om dit probleem te omzeilen, maakten fabrikanten elektroden van dunne films van vaste stoffen. Maar door het ultradunne ontwerp kunnen deze solid-state micro-accu's onvoldoende energie opslaan om de miniatuurelektronica te voeden.

 

Speciale inkten

Het onderzoeksteam bedacht dat er meer energie zou kunnen worden opgeslagen als ze pakketten strak geïnterlinieerde, ultradunne elektroden zouden maken, opgebouwd vanuit een vlak. Daarvoor richtten ze zich op de 3D-printtechniek. Lewis' groep heeft de mogelijkheden van 3-printen sterk uitgebreid. Ze hebben een reeks van functionele inkten ontworpen, met geschikte chemische en elektrische eigenschappen. Ze gebruikten die inkten met speciaal voor dit doel gebouwde 3D-printers om precieze structuren te bouwen met relevante elektronische, optische, mechanische of biologische eigenschapen naar keuze.

Om 3D-elektroden te printen ontwikkelde en testte de groep van Lewis eerste verschillende speciale inkten. Die inkten moeten voldoen aan twee lastige eisen: ze moeten uit fijne spuitmongjes komen als tandpasta uit een tube en ze moeten onmiddellijk uitharden in hun definitieve vorm.

In dit geval moesten ze ook functioneren als elektrochemisch actief materiaal om werkende anoden en kathoden te krijgen en ze moesten uitharden in laagjes die zo smal zijn als de lagen die worden verkregen met dunnefilm-productiemethoden. Om aan deze eisen te voldoen, maakten de onderzoekers een inkt voor de anode met nanodeeltjes van een lithium metaaloxidelegering en een inkt voor de kathode met nanodeeltjes van een andere legering van hetzelfde materiaal.

 

Pakket

De printer bracht de lagen aan op de tanden van twee gouden kammen, waardoor een strak geïnterlinieerd pakket van anoden en kathoden ontstond. Vervolgens werden de elektroden in een minuscule container geplaatst, die werd gevuld met een elektrolytoplossing om de accu compleet te maken.

Daarna konden ze meten hoeveel energie kan worden opgeslagen in de keline accu, hoeveel vermogen hij kan leveren en hoe lang hij zijn lading vasthoudt.

"De elektrochemische eigenschappen zijn vergelijkbaar met die van commercieel verkrijgbare accu's, voor wat betreft lading en ontlading, levensduur en eneriedichtheid", zegt Dillon. "We zijn alleen in staat om dit op een veel kelinere schaal te realiseren."

Lewis en Dillon publiceerden een artikel over hun onderzoek in het Journals of Advanced Materials, samen met Ke Sun, student materiaalwetenschappen in Illinois, Teng-Sing Wei, student op Harvard SEAS, Bok Yeop Ahn, wetenschappelijk onderzoeker, en Jung Yoon Seo, van het Korea Advanced Institute of Science and Technology en gastonderzoeker in het team van Lewis.

 

Tiny 3D-Printed Battery from Wyss Institute on Vimeo.

 

Gerelateerd nieuws

3D-printmethode produceert in één stap werkende robots

3D-printmethode produceert in één stap werkende robots (video)

Een team van UCLA (VS) kan alle mechanische en elektronische systemen die nodig zijn om een ​​robot te bedienen in één keer vervaardigen door een nieuw type 3D-printproces voor gemanipuleerde actieve (meta…

30 miljoen euro voor demonstratieprojecten groene waterstof

30 miljoen euro voor demonstratieprojecten groene waterstof

Vanaf 21 juni is de regeling Demonstratie Energie- en Klimaatinnovatie (DEI+) open met een nieuw thema: Waterstof en Groene Chemie. Hiervoor is €30 miljoen beschikbaar. De regeling is open tot 10 januari 2023. Wie het…

ING: industrie kan productiviteit ondanks personeelstekorten opvoeren door digitalisering

ING: industrie kan productiviteit ondanks personeelstekorten opvoeren door digitalisering

Structurele personeelstekorten stellen de technologische industrie voor grote uitdagingen, stelt ING: alles moet wijken om de toch al hoge productiviteit verder op te voeren. Het optimaal inzetten van digitale…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Güdel Benelux
Güdel Benelux

Lineaire aandrijf componenten en oplossingen

Orfa Visser BV
Orfa Visser BV

Gespecialiseerd in Forceren, Dieptrekken, Flenswalsen, Lassen en Apparatenbouw.

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Tevema
Tevema

Leverancier van technische standaardveren en normdelen, leverbaar uit voorraad.

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

30 augustus 2022, Utrecht

Technishow + Esef

TechniShow is ingedeeld in verschillende sectoren waar productietechnieken, fases en toebehoren van het...

21 september 2022

Design to Manufacturing (voorheen Prototyping MNE)

Netwerkbeurs en competentieplatform voor wie betrokken is in slimme maak- en ontwerprocessen.

27 september 2022, Utrecht

WoTS

World of Technology & Science bedient bezoekers uit industrie, laboratoria, zorg en wetenschap.

Meer agendapunten »