Zeitschrift für Nanomaterialien und molekulare Nanotechnologie

Zukünftige Elektronik könnte durch eine winzige, im 3D-Druckverfahren hergestellte Batterie mit Strom versorgt werden.

Adina Bernice

Mobile Geräte sind auf Energiespeicher angewiesen und es besteht ein ständiger Wunsch nach kleineren, aber leistungsstärkeren Batterien. Im Laufe der Jahre wurde viel Arbeit in die Erforschung neuer Elektrodenmaterialien, Elektrolyte, Zelltopologien und Fertigungsmethoden gesteckt, um die elektrochemische Leistung von Batterien zu verbessern und gleichzeitig die Herstellungskosten zu senken. Gleichzeitig verändert der 3D-Druck unsere Gesellschaft und die Technologie verbessert sich rasant. Sie wird schnell zur Grundlage für futuristische 3D-gedruckte Energiesysteme der nächsten Generation, in denen Batterien und Superkondensatoren in nahezu jeder Form gedruckt werden können. Hersteller mussten ihre Produkte auf die Größe und Form handelsüblicher Batterien abstimmen, die derzeit den größten Teil des Platzes in modernen elektronischen Geräten einnehmen. Die meisten von ihnen sind zylindrisch oder rechteckig und für Knopfzellen und Beutelzellen ausgelegt. Wenn ein Hersteller ein Produkt entwirft, muss die Batterie daher eine bestimmte Größe und Form haben, was Platz verschwendet und Designalternativen einschränkt. Dies stellt zunehmend eine Designherausforderung für zukünftige Generationen flexibler Elektronik dar. Beispiele für 3D-gedruckte Batterien unter Verwendung verschiedener Drucktechniken sind unter anderem lithografiebasierter 3D-Druck, vorlagengestützter galvanischer 3D-Druck, Tintenstrahldruck, Direkttintendruck, Fused Deposition Modeling und Aerosolstrahldruck. Die Autoren gehen auch auf die Funktionsprinzipien, den Druckprozess, die Vorteile und Nachteile jeder 3D-Drucktechnologie sowie die Druckmaterialien für die Elektroden und Elektrolyte der gedruckten Batterien ein. 3D-Druck ist eine fortschrittliche Produktionstechnologie, die digital gesteuerte Abscheidung von Phasenwechsel- und reaktiven Materialien sowie lösungsmittelbasierte Tinten verwendet, um komplexe 3D-Strukturen herzustellen. Diese Art der Herstellung beginnt normalerweise mit der Erstellung eines virtuellen 3D-Modells, das dann mithilfe einer speziellen Software in viele horizontale 2D-Querschnitte geschnitten wird. Ein zusammenhängendes 3D-Objekt kann hergestellt werden, indem sukzessive neue 2D-Schichten auf vorherige Ebenen gedruckt werden.