Bateria jak malowanie

Na Rice University powstała technologia umożliwiająca... namalowanie baterii litowo-jonowej na dowolnej powierzchni. Technologię tę można też łączyć z ogniwami fotowoltaicznymi.

Bateria składa się z warstw, które odpowiadają składnikom tradycyjnej baterii. Poszczególne warstwy w formie spraju możemy nanieść na wybraną powierzchnię.

Malowaną baterię tworzy pięć warstw. Pracują one jako dwa odbiorniki prądu, anoda, katoda i oddzielający je polimer. Baterie nanoszono na powierzchnie ceramiczne, polimery, szkło, stal oraz na... kufel od piwa.

Podczas jednego z eksperymentów naukowcy pracujący pod kierunkiem Pulickela Ayana, połączyli szeregowo dziewięć baterii namalowanych na kafelkach łazienkowych. Baterie podłączono do sieci energetycznej oraz paneli słonecznych. Po tym, jak zostały w pełni załadowane mogły przez sześć godzin zasilać diody układające się w napis RICE. Baterie dostarczały stałe napięcie 2,4 wolta.

Naukowcy wykazali, że ręcznie malowane baterie są zadziwiająco stabilne i pracują zgodnie z założeniami. Ich charakterystyki nie odbiegały od założeń o więcej niż 10%. Po 60 cyklach ładowania/rozładowywania zanotowano minimalny spadek ich pojemności.

Każda z warstw baterii jest zoptymalizowana pod kątem zadań, jakie ma wykonać. Pierwsza, odbiornik ładunków dodatnich, to mieszanina jednościankowych nanorurek węglowych i sadzy rozpuszczonych w N-metylopirolidonie. Następnie nakładana jest warstwa katody, składająca się z tlenku kobaltowo-litowego, węgla oraz proszku grafitowego. Trzecią warstwą jest polimerowy separator z żywicy Kynar Flex, szkła akrylowego i dwutlenku krzemu. Następnie nakładana jest anoda, składająca się z tlenku litowo-tytanowego i proszku grafitowego. Na koniec maluje się odbiornik ładunków ujemnych, stworzony z komercyjnie dostępnej przewodzącej farby miedzianej rozrzedzonej etanolem.

Najtrudniej było uzyskać stabilność mechaniczną oraz właściwy separator. Odkryliśmy, że nanorurki i katoda bardzo dobrze trzymają się powierzchni, jeśli jednak separator nie był stabilny mechanicznie, całość odchodziła. Właściwą przylepność separatora uzyskaliśmy dodając szkło akrylowe - mówi Neelam Singh.