Voor het eerst zijn alle onderdelen voor een lithium-ionaccu uit een 3D-printer gerold. Op die manier kun je je energie-opslag elke gewenste vorm geven in plaats van alleen maar rond of plat, claimen Christopher Reyes, Benjamin Wiley en collega’s van Duke University in ACS Applied Energy Materials.

Jammer is wel dat de accu in hun 3D-geprinte armbandje met LED-verlichting na één minuut al leeg is. Maar het gaat om het principe.

De uitdaging is vooral om de goedkope kunststoffen waarmee je print, zoals polymelkzuur (PLA), geleidend te maken voor ionen. Dat blijkt te lukken door de PLA-onderdelen, op het scheidingsmembraan na, na het printen een tijdje in een vloeibaar elektrolyt te leggen. Dat elektrolyt moet zich dan gedragen als matig oplosmiddel: het trekt in de kunststof en laat die enigszins zwellen. Met een oplossing van LiClO₄ in - bijvoorbeeld - ethylmethylcarbonaat blijk je zo inderdaad de gewenste ionengeleiding te kunnen krijgen.

Voor het deel van het materiaal dat dient als kathode of anode, is deze behandeling niet voldoende en moet je de kunststof serieus elektrisch geleidend zien te maken. Dat kan door er geleidende deeltjes doorheen te mengen zoals grafeenflarden, koolstofnanodeeltjes of ‘Super P’, een vorm van roet. Probleem is wel dat de kunststof te bros wordt en/of de printkop verstopt wanneer je dat bijmengen overdrijft; het maximale percentage verschilt per materiaal.

Voor een Li-ionaccu moeten de elektrodes tevens een lithiumzout bevatten dat óók door de printkop moet, en dus moet worden gedoseerd in de vorm van nanodeeltjes.

Uiteindelijk kwamen de onderzoekers uit op een anode met lithiumtitanaat en grafeen, en een kathode met lithiummangaanoxide en nanobuisjes. Het verschil qua koolstof zou met de verschillende formaten nanodeeltjes te maken moeten hebben.

Zoals gezegd is er nog heel veel te doen eer dit concept ook maar enigszins praktisch bruikbaar wordt. Het goede nieuws is dat de experimenten érg weinig hoeven te kosten.

bron: American Chemical Society