Всё это породило явную потребность: в источниках энергии, которые были бы не только эффективными, но и физически адаптируемыми к питаемым ими устройствам. Следовательно, это должны быть безопасные, тонкие и гибкие батареи или батареи нестандартной формы.
В этом контексте печатные батареи позиционируются как одна из главных революций в области хранения энергии. Эти решения позволяют производить батареи непосредственно на тонких, гибких подложках с использованием таких методов печати, как трафаретная печать, или создавать изделия нестандартной формы и структуры с помощью аддитивного производства (3D-печати). Эти разработки уже стали реальностью; решения существуют на рынке, ведутся исследования новых областей применения, а такие технологические центры, как AIMPLAS, возглавляют разработки, которые обещают преобразовать этот сектор.
Взгляд на настоящее: что существует и что происходит.
Сегодня на рынке доступны печатные батареи, хотя их использование по-прежнему сосредоточено в низкоэнергетических приложениях, таких как одноразовые медицинские устройства, RFID-метки, маломощные датчики и «умная» косметика. Такие компании, как Blue Spark Technologies и Enfucell, выпускают продукцию на основе технологий плоскопанельной печати, использующих цинковые или марганцевые электроды и гелевые или твердые полимерные электролиты.
В настоящее время эти устройства не перезаряжаемы и имеют определенные ограничения, поэтому различные исследовательские центры и университеты разрабатывают новые материалы и конструкции для печатных батарей. Цель состоит в том, чтобы увеличить плотность энергии, улучшить стабильность и адаптировать форму батарей к потребностям каждого продукта. Это представляет собой сдвиг парадигмы по сравнению с традиционной моделью, в которой продукт должен был адаптироваться к батарее, а не наоборот.
Трафаретная печать: 2D-энергия с точностью и универсальностью.
Трафаретная печать — это технология, известная своей простотой в использовании, зрелостью рынка и масштабируемостью, и десятилетиями используется в области печатной электроники.
Эта технология становится перспективным кандидатом для разработки новых батарей, востребованных на рынке. Ее главное преимущество — возможность нанесения функциональных слоев (электродов, электролитов, сепараторов) с контролируемой толщиной и морфологией на гибкие подложки, такие как пластиковые пленки, текстиль или техническая бумага. Эти переменные являются ключевыми для возможностей и конечной функциональности, достигаемых в печатном энергетическом устройстве.
Компания AIMPLAS имеет более чем 10-летний опыт в области печатной электроники и обладает технологиями для развития в области гибкого хранения энергии. Таким образом, технологический центр инициировал научно-исследовательское направление, ориентированное на батареи, изготовленные методом трафаретной печати.
В настоящее время ведется работа по применению коммерчески доступных функциональных материалов, таких как проводящие чернила на основе оксидов металлов, для создания печатных батарей. Одновременно ведутся исследования по разработке новых, более экологичных материалов с улучшенной технологичностью и совместимостью с требованиями 2D-печати, что позволит производить тонкие батареи толщиной менее одного миллиметра, которые можно будет напрямую интегрировать в этикетки, технический текстиль, упаковку или одноразовые сенсорные системы.
3D-печать: батареи, изготовленные на заказ с учетом объема.
В то время как трафаретная печать позволяет производить плоские батареи, аддитивное производство, или 3D-печать, идет еще дальше: оно позволяет создавать трехмерные структуры с индивидуальной геометрией, адаптированной к доступному пространству внутри устройства. Это особенно полезно в таких отраслях, как автомобильная, аэрокосмическая промышленность, носимые устройства и встроенные системы.
Учитывая высокий потенциал и значительные преимущества, которые аддитивное производство предлагает для разработки индивидуальных продуктов, AIMPLAS в прошлом году запустила стратегическую научно-исследовательскую инициативу, применив доступные технологии прямой печати и прямого нанесения для разработки батарей, напечатанных на 3D-принтере.
Результатом этой работы стали первые прототипы батарей, напечатанных на 3D-принтере, с использованием новых материалов, которые не только функциональны, но и могут быть обработаны с помощью вышеупомянутых аддитивных технологий. Эти первоначальные разработки продемонстрировали, что 3D-печать позволяет изготавливать различные компоненты батарей с использованием активных материалов, открывая возможности для создания батарей, полностью интегрированных в продукт.
Кроме того, эта технология обеспечивает большую свободу проектирования, позволяя интегрировать батареи в несущие конструкции, корпуса или элементы, обладающие двойной функциональностью: структурной и энергетической.
Невидимый ключ: проектирование пористости.
Одним из менее заметных, но наиболее важных преимуществ этих технологий является возможность структурирования внутренней пористости электродов. Пористость напрямую влияет на электрохимические характеристики, поскольку она облегчает диффузию ионов и улучшает контакт между активными материалами и электролитом.
Как трафаретная печать, так и 3D-печать позволяют проектировать функциональные структуры либо путем регулирования состава чернил и паст, либо путем контроля рисунка печати и геометрии каждого слоя. Это имеет фундаментальное значение для максимизации емкости заряда, срока службы и энергоэффективности печатных батарей.
Заключение: Энергия, адаптирующаяся к будущему.
Печатные батареи представляют собой тихую, но мощную революцию в мире хранения энергии. Их способность адаптироваться к новым формам, интегрироваться в интеллектуальные продукты и использовать функциональные материалы делает их ключевой технологией ближайшего будущего.
Компания AIMPLAS позиционирует себя как ключевой игрок в этой области, сочетая свой опыт в области пластмасс, функциональных материалов и передовых производственных процессов с четким видением: разрабатывать печатные энергетические решения, которые являются устойчивыми и адаптированными к меняющимся потребностям рынка.
Потому что будущее энергетики измеряется не только вольтами или амперами, но и формой, адаптивностью, экологичностью и функциональностью.
Автор: Хоакин Кастан, инженер-исследователь - Aimplas
