Немецкие ученые обнародовали инновационную технологию производства тончайших аккумуляторов с помощью обычного струйного принтера – струйной печати на гибкой полимерной подложке.

Усовершенствование струйной печати настолько расширило функционал обычных принтеров, что теперь с их помощью можно не только наносить рисунок на бумагу и ткань, но и производить батарейки. Недавно немецкие ученые из Германского института Фраунхофера по исследованиям электронных наносистем обнародовали инновационную технологию производства тончайших аккумуляторов с помощью обычного струйного принтера.

Распечатка батареи ничем не отличается от распечатки графического изображения. На гибкую полимерную подложку струйный принтер последовательно наносит несколько тонких слоев специальной краски, каждый из которых содержит определенный химический элемент. Так, в составе чернил для тончайшей батареи будут обязательно присутствовать цинк и марганец, выступающие в роли анода и катода соответственно. В результате электрохимических реакций между этими слоями возникает напряжение, и батарея выделяет электрический ток. Надо отметить, что электрохимическая пара цинка и двуокиси марганца используется достаточно широко в производстве энергоемких элементов питания. Так, радиоприемная и радиопередающая аппаратура, телефония, сигнальные приборы, измерительная аппаратура обычно работают на марганцево-цинковых батареях. Огромным плюсом таких аккумуляторов является их неприхотливость и низкая себестоимость. Обычно элементы марганцево-цинковой системы с солевым электролитом обладают хорошей ударной прочностью и термостойкостью. Они выдерживают нагрузку с ускорением 120 g и вибрационную нагрузку с ускорением от 2 до 4 g в диапазоне частот от 10 до 70 Гц, а также могут работать в широком интервале температур от -40ºС до +60ºС.

Цинк и марганец будут составлять крайние слои батареи, образуя два полюса. О том же, какие прослойки составят начинку напечатанного аккумулятора, исследователи пока умалчивают. При этом, по словам ученых, катод и анод изнашиваются достаточно быстро, поэтому новая батарейка не может использоваться в качестве долговременного источника питания. И это неудивительно, ведь толщина напечатанной батареи составляет менее одного миллиметра, а нагрузки, которые она призвана выдерживать, рассчитаны на стандартный литий-ионный аккумулятор.

Выдаваемое напряжение в тончайшей батарейке будет примерно 1,5 В, тогда как напряжение в аккумуляторе портативных гаджетов колеблется от 5 до 40 В. Тем не менее авторы изобретения утверждают, что можно просто увеличить количество напечатанных батарей. «Стоит задать принтеру программу печати четырех экземпляров подряд, и четыре батарейки общим напряжением 6 В вполне смогут обеспечить работу мобильного телефона», — поясняет руководитель исследования доктор Рейнхард Бауман.

При этом миниатюрность и маломощность батареи несут в себе гораздо больше плюсов, чем минусов. Во-первых, подобные габариты делают новый источник питания идеальным для использования в компактных электронных устройствах, таких как, например, сенсорные гаджеты толщиной с пластиковую карточку или музыкальные поздравительные открытки. Во-вторых, портативные девайсы, работающие сразу на нескольких маломощных батареях, застрахованы от перепадов напряжения и внезапного отключения, так как батарейки выходят из строя в разное время, из-за чего заряд истощается не одномоментно, а постепенно. И в-третьих, тончайшие батареи весом не более одного грамма значительно облегчат телефоны и лэптопы, сделав их еще более удобными и компактными.

Кроме того, отличительной особенностью новой батареи является дешевизна производства. Для получения элемента питания используется технология, аналогичная технологии обычной печати: содержащая необходимое вещество краска наносится через специальный трафарет на обрабатываемую подложку. И кроме определенных чернил подобная методика не требует использования специального оборудования. «Сегодня наша цель заключается в запуске промышленного производства батареек с помощью принтера, стоимость каждой из которых не будет превышать нескольких центов», — говорит руководитель проекта доктор Андреас Виллерт. Ученые планируют завершить разработку алгоритма промышленного производства элементов питания уже к концу 2009 года.

Сходную технологию получения аккумуляторов разрабатывают и инженеры из Университета Аризоны. У американских исследователей струйный принтер научился наносить на поверхность органические полимеры, которые образуют гибкие солнечные батареи. В качестве иллюстрации того, что уже достигнуто, ученые продемонстрировали ЖК-экран, на обратной стороне которого была напечатана солнечная батарея, обеспечивающая работу монитора. Разработчики утверждают, что технология печати достаточно проста: достаточно залить необходимые химические реактивы в картридж. При нанесении вещества смешаются в необходимой пропорции на «бумаге», создавая области с электронной или дырочной проводимостью или области без проводимости вообще. Это позволяет варьировать конфигурацию батареи и форму ее поверхности. Ученые считают, что, если широкое распространение напечатанных батареек оправдает себя, можно будет усовершенствовать технологию и получать с помощью принтера не только элементы питания, но сами электронные устройства.

По материалам www.rbcdaily.ru