Por primera vez, los investigadores han impreso con éxito un completo, aunque experimental, batería de iones de litio que incluye un electrolito de estado sólido. Si bien los electrodos se han producido anteriormente con tecnología de impresión 3-D, investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois en Chicago han impreso un establo, pero flexible, electrolito de estado sólido utilizando una técnica de impresión por extrusión a temperatura elevada. Informan sus hallazgos en la revista. Materiales avanzados .

Las baterías de iones de litio se utilizan comúnmente en la electrónica doméstica y portátil, y en algunos vehículos de motor. Funcionan por el movimiento de iones de litio desde el electrodo negativo a través de un electrolito, que puede ser líquido o sólido, al electrodo positivo durante la descarga y luego de vuelta durante la fase de carga.

La producción masiva de estas baterías es un proceso laborioso y costoso. Los electrodos y electrolito, que se fabrican por separado, deben reunirse y colocarse dentro de una carcasa. Se necesita un entorno controlado para evitar la contaminación y se necesitan muchos revestimientos y modificaciones para completar la batería. Con producción convencional, los tamaños de las pilas no se pueden cambiar fácilmente, tampoco se pueden modificar baterías individuales para adaptarse a dispositivos específicos porque requeriría que las máquinas utilizadas para producir las baterías se reajusten a nuevas especificaciones.

La impresión 3D permite la producción y personalización de baterías de forma mucho más rápida y económica porque todas las piezas se imprimen juntas a la vez. En baterías de iones de litio donde los electrodos se han impreso en 3D, el electrolito producido convencionalmente siempre se ha añadido posteriormente en un paso separado.

En la producción convencional de electrolitos de estado sólido, Las carcasas de las baterías deben prepararse con diversos recubrimientos y disolventes utilizados en la producción del electrolito, que luego debe evaporarse en un paso de posproducción. Si un electrolito se imprime directamente en una batería impresa en 3-D en formación, la evaporación haría que el electrolito se encogiera y se alejara de los electrodos. Esto podría provocar un cortocircuito en la batería. Los recubrimientos utilizados para garantizar que el electrolito haga un buen contacto con las carcasas y los electrodos también son extremadamente difíciles de incorporar en una batería impresa en 3D.

Para solucionar estos problemas, Reza Shahbazian-Yassar, profesor adjunto, y Yayue Pan, profesor asistente de ingeniería mecánica e industrial en la Facultad de Ingeniería de la UIC, junto con sus colegas diseñaron una impresora 3-D única que funciona a una temperatura elevada. Extruye materiales a alrededor de 120 grados Celsius en comparación con la impresión 3-D de extrusión tradicional, que tiene lugar a temperatura ambiente. Su tinta de electrolito de estado sólido está compuesta por una base de polímero que contiene partículas de óxido de titanio que le permiten ser flexible. además de funcional. La tinta de electrolito única se puede depositar directamente en la batería mientras se imprime.

"La alta temperatura evita la contracción de posproducción, "dijo Meng Cheng, estudiante de posgrado en la Facultad de Ingeniería de la UIC y autor principal del estudio. Nuestra técnica mejora drásticamente la eficiencia de la preparación del electrolito y su incorporación a la batería ”.

Las baterías experimentales impresas en 3D de Shahbazian-Yassar tenían una mayor capacidad de carga / descarga y un mejor rendimiento que las baterías en las que el electrolito se fabricaba mediante métodos tradicionales. "La escritura directa a temperatura elevada y nuestras tintas especializadas es la prueba de concepto de que las baterías de iones de litio impresas en 3D son posibles, "Dijo Reza.