Cientistas da Universidade Politécnica de São Pedro, a Grande São Petersburgo (SPbPU) estão desenvolvendo uma tecnologia para imprimir os eletrodos para baterias de íons de lítio em miniatura usando uma impressora a jato de tinta. A pesquisa em andamento pode ajudar a criar fontes de alimentação para biossensores, eletrônicos vestíveis e outros dispositivos em miniatura. Os resultados do estudo são publicados em uma das principais revistas científicas Energy Technology . A pesquisa foi realizada com o apoio financeiro do centro da Iniciativa Tecnológica Nacional da SPbPU e duas bolsas da Fundação Científica da Rússia.
As baterias de íon de lítio produzidas por uma tecnologia convencional possuem alta densidade de energia , o que significa que podem armazenar uma grande quantidade em um pequeno volume. Devido a essa propriedade, eles geralmente são usados para dispositivos em miniatura, como relógios inteligentes, canetas stylus e assim por diante. Atualmente, o avanço nesse campo atingiu seu limite tecnológico e uma redução adicional no tamanho é um desafio. Portanto, o crescimento da tecnologia requer novas abordagens para a fabricação de baterias. Entre outras soluções possíveis estão os métodos utilizados na produção de circuitos integrados, bem como vários métodos de impressão que têm uma vantagem em seu alto desempenho.
Para imprimir eletrodos com as características dadas, é necessário selecionar as condições de síntese, composição e viscosidade da solução de impressão e os parâmetros de impressão (por exemplo, a distância entre as gotas e o número de camadas aplicadas). É uma tarefa desafiadora para especialistas de diferentes áreas da ciência. Os eletrodos fabricados pela impressão a jato de tinta não podem fornecer uma densidade de energia suficientemente alta em comparação aos eletrodos produzidos pela tecnologia tradicional. A diferença observada se deve ao uso de vários materiais, bem como aos parâmetros dos eletrodos fabricados – densidade da camada ativa, proporção de material ativo etc.
“Para reduzir a diferença de densidade de energia, propomos o uso de compostos promissores à base de material catódico enriquecido com lítio e manganês com uma capacidade aumentada”, disse Maxim Maximov, pesquisador líder do “Laboratório de síntese de novos materiais e estruturas” da Centro de Tecnologias Avançadas de Fabricação da Iniciativa Nacional de Tecnologia (NTI) da Universidade Politécnica de São Pedro, o Grande São Petersburgo. “Demonstramos a possibilidade de fabricação de eletrodos com este material por impressão a jato de tinta. Também descobrimos que a intensidade de energia do material no eletrodo impresso e no eletrodo fabricado pela tecnologia tradicional está próxima”.
Usando o material catódico ativo sintetizado, os cientistas prepararam uma solução coloidal estável e otimizaram seus parâmetros reológicos para a impressão a jato de tinta. Eles selecionaram as condições para a impressão de eletrodos, realizaram um estudo das propriedades eletroquímicas dos eletrodos impressos, confirmando as perspectivas de uso dessa abordagem tecnológica e a composição escolhida do material do cátodo. Em breve, os cientistas planejam realizar pesquisas que proporcionem um aumento adicional na intensidade de energia dos eletrodos impressos e no protótipo da bateria de íons de lítio.
