Das Batterie-Design von morgen direkt aus dem 3D-Drucker

Ganz wesentlich für eine gute Batterieleistung ist ein optimales Zusammenspiel aus Energiedichte, Wiederaufladbarkeit und der Fähigkeit, Ladung auch ohne Verluste halten zu können. Bisherige Verbesserungen verliefen hier eher vorsichtig und inkrementell, da Hersteller zögern, etablierte Wege zu verlassen und so eine gute Batterieleistung aufs Spiel zu setzen.
Das Zeitalter des 3D-Drucks hat mittlerweile auch das Batteriedesign erreicht. Forscher an der Universität Cork in Irland untersuchen derzeit ganz unterschiedliche Drucktechnologien, um in Zukunft Batterien direkt im 3D-Drucker herzustellen. Der 3D-Druck hat sich in der Vergangenheit bereits als nützliches Werkzeug für die Herstellung von komplexen Elektroden- und Materialmontageverfahren für Batterien und Superkondensatoren bewährt.

Materialreinheit, Druckgenauigkeit, Komplexität und die Fähigkeit, leitfähige, keramische, glasartige oder lösungsmittelresistente Kunststoffe zu formen, hängen direkt vom Ausgangs- oder Verbundmaterial und natürlich der eingesetzten Drucktechnologie ab.
Die Forscher sehen hierin aber eine gute Möglichkeit, neue Generationen immer kleinerer und zunehmend leistungsfähiger Geräte herzustellen. So versucht man z. B., die Leiterbahnen für Schaltkreise mit Polymertinten und Silberpolymer zu drucken, so dass keinerlei Löten mehr vonnöten ist. Die so hergestellten Leiterplatten können fast jede Form annehmen und auch selbst Teil des Gehäuses oder Teil des Gesamtdesigns werden.
Allerdings sind die benötigten elektroaktiven Materialien sehr reaktionsfreudig und deren Verhalten physikalisch komplex. Es ist eine große Herausforderung, geeignete Materialien für den 3D-Druck entsprechender Batterien zu finden. Denn nach Fertigstellung muss ja eine einwandfreie Elektrochemie samt Aufladbarkeit gewährleistet sein. Und auch Aspekte der Sicherheit, Recycling und die Garantie, nicht auszulaufen, müssen gegeben sein.

Daher ist hier eine völlig neue Denkweise gefordert, aber die Flexibilität, die der 3D-Druck dabei bietet, wird komplett neue Technologieansätze fördern.
Autor: Dr. Ronald Hinz, Market Intelligence Senior Expert, SVP Deutschland AG
Quelle: Applied Physics, Dec 2019; “Evolution of 3D Printing Methods and Materials for Electrochemical Energy Storage”; Vladimir Egorov, Umair Gulzar, Yan Zhang, Siobhán Breen, Colm O’Dwyer; Cornwell University; arXiv:1912.04400 [physics.app-ph]