Flexible Batterien und 3D-Druck: aufstrebende verwandte Technologien
Der 3D-Druck hat sich als perfekter Verbündeter für eine Vielzahl von Technologien erwiesen. Immer häufiger werden wir Zeuge, wie der 3D-Druck in neuen Bereichen mit tadellosen Ergebnissen eingesetzt wird. Perfekte Beispiele sind Anwendungen in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Robotik oder Medizin. Das jüngste Beispiel ist ein Team von Forschern verschiedener Universitäten in China, die den 3D-Druck von flexiblen Batterien vorgeschlagen haben. In diesem wissenschaftlichen Artikel legen sie den Grundstein für die künftige Forschung in diesem Bereich der Fertigung.
Seit der Entwicklung der ersten flexiblen Batterien hat die Kommerzialisierung von tragbaren elektronischen Geräten, besser bekannt als Wearables, weiter zugenommen. Flexible Batterien sind in Uhren, faltbaren Smartphones, intelligenter Kleidung und sogar medizinischen Implantaten zu finden. Wie der Name schon sagt, können flexible Batterien gebogen und gedehnt werden, ohne Schaden zu nehmen. Diese Eigenschaft ändert nichts an ihrer Funktion (Speicherung und Lieferung von Energie) und macht sie perfekt für elektronische Geräte mit unterschiedlichen Designs, da sie sich dem menschlichen Körper anpassen können. So wie flexible Batterien die technologische Landschaft verändert haben, so hat sich auch der 3D-Druck verändert. Im heutigen Fall haben wir das Beispiel einer Gruppe von Forschern aus verschiedenen Universitäten in China, die ein neues Forschungsgebiet entwickelt haben, das diese beiden Technologien miteinander verbindet: die additive Fertigung flexibler Batterien.
Vorschlag für den 3D-Druck von flexiblen Batterien. Auf den ersten Blick würden sich die Schritte im Herstellungsprozess reduzieren. (Bild: Journal of Power Sources).
Flexible Batterien: Wie flexibel sind sie?
Die traditionelle Methode zur Herstellung flexibler Batterien ist als Schlammbeschichtung bekannt. Unter Schlamm versteht man das Gemisch aus Kathoden, Anoden und Elektrolyten, die die Hauptbestandteile von Batterien sind. Die Forscher weisen darauf hin, dass diese Methode zwar funktioniert, aber noch viel zu wünschen übrig lässt. Vor allem, wenn es um die Anpassung der Architektur, der Konfiguration und des Aussehens der Batterien geht.
Für dieses Problem hat ein Team von Forschern der China University of Petroleum, der Qingdao University und der Wuhan University of Technology eine Lösung gefunden. Sie haben einen wissenschaftlichen Artikel veröffentlicht, in dem sie einen umfassenden Überblick über den aktuellen Stand der Technik bei der Herstellung dieses Produkts und die Vorteile, die der 3D-Druck in diesem Prozess bieten würde, geben. Sie schlagen Forschungsarbeiten vor, die diese beiden Technologien miteinander verbinden, und stellen Herausforderungen und Lösungen in diesem Bereich vor. Da die Kommerzialisierung von Derivaten zunimmt, sollte auch die Entwicklung von Produktionstechniken voranschreiten und die Ergebnisse verbessern.
Beitrag des 3D-Drucks
Die Forscher sind der Ansicht, dass die Integration des 3D-Drucks in die Herstellung flexibler Batterien vielversprechend ist und sehen darin die Lösung für die meisten der derzeitigen Herausforderungen. Erstens, weil die Batteriematerialien in Druckfarben umgewandelt werden könnten. Und zweitens, weil er eine größere Freiheit bei der Gestaltung und Anpassung ermöglicht. „Dieses Potential beruht auf den inhärenten Attributen Präzision, Automatisierung, Individualisierung, Kompatibilität, Effizienz und Kosteneffizienz“. Diese Batterien könnten zum Beispiel in kleineren Größen hergestellt und so in medizinische Implantate integriert werden.
Die Perspektive der chinesischen Forscher ist vorerst nur ein Vorschlag. Es ist zu hoffen, dass er dazu dient, die künftige Forschung voranzutreiben und einen Paradigmenwechsel auf dem Gebiet der flexiblen Batterieherstellung herbeizuführen. Als Initiative haben sie einige Wege aufgezeigt, die zunächst erforscht werden müssten. Dazu gehören die Entwicklung von 3D-Nanodrucktechnologien, Finite-Elemente-Simulationen oder fortschrittliche druckbare Tinte. Mit der Kommerzialisierung von tragbaren Geräten könnten wir bald die ersten flexiblen 3D-gedruckten Batterien sehen. Wenn Sie sich für das Thema interessieren und mehr erfahren möchten, können Sie den Originalartikel HIER lesen.
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*Titelbildnachweis: Pexels
