Микроаккумуляторы для микроэлектроники

Новое применение 3D-печати может вывести на новый уровень различные миниатюрные медицинские импланты, компактную электронику, позволит создавать крошечных роботов, и многое другое.
Группа ученых из Гарвардского университета и Университета штата Иллинойс продемонстрировала способность при помощи 3D-принтера создавать литиевые микробатареи, пригодные для установки на сверхминиатюрные устройства.
В последние годы технологии позволяют создавать микроустройства, обладающие большой функциональностью при абсолютно незаметных размерах. Литиевые аккумуляторы, к сожалению, не могут похвастаться даже близкими габаритами. Удавалось создавать экспериментальные экземпляры, но их стоимость была слишком высока, в силу отсутствия необходимых технологий, направленных на массовое производство.
Предложенное решение, в виде использования печати на трехмерном принтере, выглядит весьма перспективным. Представлено изображение литиевого микроаккумулятора, распечатанного на принтере, в сопоставлении с объектом размером 200 мкм.
Обычно, литиевые батареи изготавливаются из тонких пленок твердых материалов. К сожалению, в микроминиатюрных масштабах эта «тонкая пленка» становится существенно толстой по отношению ко всему аккумулятору. Соответственно, уменьшается соотношение энергоемкости к единице массы.
В данной разработке традиционные плоские электроды, заменены сложной трёхмерной структурой создаваемой 3D-принтером. Возникла также необходимость в создании новых составов чернил, содержащих литий и другие материалы для электродов в растворенном виде.
Для формирования анода использовались чернила с взвешенными наночастицами одного вида, включающего литиевые оксиды, а для катода использовался другой состав. При этом принтер укладывал эти оба слоя много раз подряд, ка многослойный сэндвич, добиваясь очень высокой плотности размещения аккумуляторных ячеек, приходящейся на единицу объема.
После этого, все полученные электроды помещались в миниатюрный контейнер и заполнялись электролитом. В результате получался аккумулятор.
По словам разработчиков, испытания на живучесть (число циклов заряд/разряд без потери емкости) и емкость новых микроаккумуляторов показали, что они ни в чем не уступают серийным образцам на основе лития. И значительно превосходят другие миниатюрные аккумуляторы, которые обладали более низкой живучестью и весьма незначительной емкостью на единицу веса.
Теперь имплантаты и микророботы могут выйти на новый уровень в своем развитии, благодаря соответствующим их размерам источникам питания.