Wetenschappers printen lithium-ion-accu met 3d-printer

Twee teams van Amerikaanse universiteiten hebben samen accu's ontwikkeld die met een 3d-printer werden gemaakt. De onderzoekers maakten gebruik van een zelfgebouwde 3d-printer en ontwikkelden speciale 'inkt' met de gewenste eigenschappen.

De twee onderzoeksteams zijn verbonden aan de Amerikaanse universiteiten van Harvard en Illinois en publiceerden hun 3d-accu printtechniek in het wetenschappelijk tijdschrift Advanced Materials. De teams, onder leiding van Jennifer Lewis, maken gebruik van een 3d-printer die speciale inkt als pasta kan afzetten. De extrusie-spuitkoppen van de printer werden voorzien van speciaal ontwikkelde inkt, die specifiek voor de anode en kathode van de accupolen werd ontwikkeld. De inkt wordt direct hard wanneer hij uit de spuitmond komt en stolt in lijnen van 30 micrometer breed.

Voor de anode en kathode werden twee verschillende inkten met lithiummetaaloxide ontwikkeld, die op gouden kamvormige mallen werden aangebracht. De anodes en kathodes werden op die manier zeer dicht op elkaar in een verweven patroon geprint en vervolgens in een compacte, waterdichte behuizing met elektrolyt verpakt. Bij metingen bleken de 3d-geprinte accu's vergelijkbare prestaties als reguliere accu's te leveren, alleen op kleinere schaal. De mini-accu's kunnen hun lading vasthouden, afgeven en opgeladen worden.

Helaas!
De video die je probeert te bekijken is niet langer beschikbaar op Tweakers.net.

De geprinte accu's zouden gebruikt kunnen worden in allerhande toepassingen waar miniaturisatie gewenst is. Voorheen werden daartoe thin-film-accu's gebruikt, maar de energie-inhoud van dergelijke platte accu's bleek vaak onvoldoende. Door de elektrodes met 3d-printers te maken krijgen de accu's een veel grotere capaciteit, zonder veel in omvang toe te nemen. Ze zouden onder meer in medische implantaten en mini-robots ingezet kunnen worden.

Reacties (36)

[Verwijderd]

Zo dan, de ontwikkelingen in het veld van 3d printen gaan rap!

Dit is toch echt het begin van de replication technology uit Star Trek. Nu worden er nog speciale materialen gebruikt om als grondstof voor het geprinte item te dienen, of dat nu om een accu zoals in dit geval of een broccoli gaat zoals in een eerder tweakers artikel was beschreven, maar het zal denk ik niet lang meer duren eer men door heeft hoe men atomen kan rangschikken nav patronen in het geheugen van de machine, de Star Trek technologie. http://en.memory-alpha.org/wiki/Replicator

Al jaren is men druk doende met teleportation en 10 jaar geleden was er een grote breakthrough.
http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/3811785.stm
Het is een kwestie van tijd aleer deze twee technieken elkaar gaan ontmoeten, en dan is er na recent de mobieltjes en tablets weer een Star Trek item verwezenlijkt! What's next? Oh ja, de universal translator zal er binnen 20 jaar ook wel zijn

[Verwijderd]

Oh ja, de universal translator zal er binnen 20 jaar ook wel zijn

Die is er toch al? link

Dit voorspeld veel goeds voor de ruimtereizen. Ten eerste zitten de Chinese astronauten al op 3D geprinte stoelen, ten tweede willen de verschillende ruimtebedrijven allerlei onderdelen en route laten printen. Accus zouden daarbij ook handig kunnen zijn.

[Origin64]

Ook voor situaties waarin kleine onderdelen kapot gaan in de ruimte (toilet malfunction bijv) is een 3d-printer verschrikkelijk handig. Je hoeft geen reserves mee te nemen, zelfs je gereedschap kun je uitprinten.

Zoals mijn vader een paar maanden geleden zei: Ik kan me niet voorstellen dat iemand ooit iets aan zo'n printer heeft. Is dat niet wat men 25 jaar geleden over het internet dacht?

[GTX2GvO]

Lijkt me interessant als je gereedschap moet uitprinten om een kapotte 3D printer te repareren.

Dan heb je dus gauw of 2 3D printers nodig of je moet alsnog gereedschap meenemen.

[hardwareaddict]

Nee dat kan niet met deze printer.

De meeste drijfriemen (belts) zijn 0.5 micron nauwkeurig en ze printen hier op 30 microns. Geen enkele commerciele printer haalt die 0.5 microns nauwkeurigheid hoor. Ultimaker print met een kop van 400 micron default en trekt dus minimaal lijntjes van 400 micron.

Dit is factor 13 kleiner he. Ook de laagjes zijn dus factor 13 kleiner.
Dus reken erop dat deze printer 150x trager is dan de prints van de commerciele goedkope 3d printers van een duizendje of 2.

Dus het printen van zo'n batterijtje kost al maanden letterlijk.

Als jij dus gereedschap gaat printen hiermee, dan ben je dus 100 jaar aan 't printen voor een beetje groot object

Er is gewoon een absolute snelheidslimitatie waarmee je die printkop nauwkeurig kunt bewegen.

[MRecord]

Het 3D-printen in micro-zwaartekracht geeft nog wel wat problemen. Zo zijn de huidige printers op basis van vloeistof niet erg geschikt omdat je vloeistof alle kanten op zweeft. De technieken op basis van poeders werken daarom ook niet in de ruimte. De enige techniek die direct in de ruimte gebruikt kan worden is FDM.

Het zal nog wel even duren voordat deze obstakels overwonnen worden en er echt bruikbare printers met materialen als metalen in de ruimte functioneren. Alhoewel ik denk dat dat een kwestie van jaren is.

[tilburgs82]

Al jaren is men druk doende met teleportation en 10 jaar geleden was er een grote breakthrough.
http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/3811785.stm

Dat artikel is misleidend. Het artikel heeft het over teleporteren, maar eigenlijk veranderen ze alleen de staat van een atoom naar een ander al bestaand atoom. Er wordt dus helemaal geen atoom geteleporteerd.

"When physicists talk about "teleportation", they are describing the transfer of "quantum states" between separate atoms"

[-Tom]

Nieuwsberichten als deze bevestigen mijn beeld van de toekomst steeds meer. Met 3d-printers kunnen we op de langere termijn alles printen. Hierdoor zal het niet meer nodig zijn om productieprocessen uit te besteden naar de zogeheten lagelonenlanden.

Immers, waarom iets uitbesteden aan goedkope (al dan niet kinder-)handen, als een machine het goedkoper, sneller en beter kan doen? Uiteindelijk bespaart het ook nog transportkosten.

[com2,1ghz]

Gaat dit niet ten koste van werkgelegenheid? Als alles maar door machines geprint kan worden.

[-Tom]

Dat verschijnsel heet 'technologische werkloosheid' (wiki, Eng.). In principe hebben - tot op heden - technologische innovaties nog niet gezorgd voor een afname van de werkgelegenheid. Er ontstaan nieuwe mogelijkheden, er ontstaan nieuwe 'soorten' werk.

Kranten leiden bijvoorbeeld redelijk hard onder gratis online-nieuwsverstrekkers. Het is niet ondenkbaar dat er over pak en beet tien jaar nog minder kranten zijn dan nu al het geval is. Hoewel er bij kranten werkplekken verloren gaan, zie we dat juist deze internetinitiatieven voor nieuwe werkgelegenheid zorgen.

In de afgelopen - pak en beet 150 jaar - is er enorm veel geautomatiseerd. Toch is de welvaart alleen maar gestegen en zijn de werkloosheidscijfers juist erg laag.*

Wellicht kan dit je interesseren: TED Talks: 'Are Droids Taking Our Jobs?' by Andrew McAfee

* even over de grote lijnen genomen dan. Nu we in een 'crisis' zitten, is het even wat minder.
edit: ruzie met bb-codes.

[Reactie gewijzigd door -Tom op 24 juli 2024 12:45]

[r.and.r]

Ik denk dat dit eerder ten koste gaat van de laag geschoolde:
Er moeten ook mensen zijn die de machines maken, programmeren, onderhouden,.. En dit voor de (waarschijnlijk) groeiende markt, waar door de vraag naar deze jobs stijgt.

[Eface]

Ik neem aan, dat als dit proces geïndustrialiseerd wordt, dat er met een hoop parallelle printkoppen tegelijk wordt gewerkt.

Als je dan laag voor laag kunt printen, is misschien nog niet het snelste, maar voor de toepassingen genoemd in het artikel, neem ik aan dat de tijd/prijs niet het belangrijkste is, maar capaciteit per m3.

[hardwareaddict]

Dat gaat je niet parallel lukken.

1 printer bouwen kost 50k euro op deze manier. Dat gaat met totale precisie tools en hij kan elk half jaar een AA batterijtje produceren.

Dan mislukt het gros van alle prints ook nog.

De verdienste op een AA batterijtje is 50 cent.

je zit dus met een factor 100k probleem qua verdienste.

Als je een 2e printer bouwt, iets goedkoper dan de eerste, zeg voor 40k euro,
want je moet nog steeds het superprecies produceren, dan zit je nog steeds met
het probleem dat je je werkstukje, in dit geval de batterij die je print, die moet je 5 maanden lang heel heet houden om 'm goed te printen.

Je moet je object dus verhitten tijdens het printen om verschillende redenen.

Welke temperatuur moet je deze batterij op houden. 300C ofzo?

Minimaal 200C gok ik.

Plastic moet je al op 110C houden (ABS plastic).

Dat vreet hier voor ABS plastic al continue 330 watt.

Die 330 watt moet je wel dokken gedurende dat half jaartje dat jij 1 batterijtje print.

Dus ook je constante kosten liggen vet hoger afgezien van de prijs van de printer en het feit dat veel prints mislukken etcetera.

Kortom 3d printers is alleen om prototypes te printen. Zoals ik hier prototype robotonderdelen bouw met die 3d printers. Dat kost ook heel lang per onderdeeltje hoor!

[Sharkoon]

tsja zo kun je alles 3d printen, maar is het niet veel eenvoudiger om daar een mal voor te maken en dat dan te gieten?

[Dropshot89]

Dan print je de mal toch met je 3D printer

On topic: Mooie ontwikkeling. Toch vind ik het bijzonder dat het gebruik van een 3D printer blijkbaar effectiever is dan de traditionele methoden.

"Door de elektrodes met 3d-printers te maken krijgen de accu's een veel groter vermogen, zonder veel in omvang toe te nemen."

[hardwareaddict]

Meeste 3d printers hebben afwijkingen tot zo'n 0.1 millimeter.

Frezen is al stuk nauwkeuriger. Simpele freesmachines van paar honderd kilo doen dat nauwkeuriger. Zeg zo'n 0.01 millimeter is met wat moeite wel te doen.

De eerste de beste machinebankwerker gaat dat met een dure freesmachine niet redden.

De mallen voor "precisietools" maak je nog veel nauwkeuriger dan dat.
Dat gaat met heel andere techniek. Vandaar dat ze ook zo duur zijn

[filthy rich]

Dat ligt aan de prodcutieaantallen

[massareal]

"De inkt wordt direct hard wanneer het uit de spuitmond komt en stolt in lijnen van 30 micrometer breed."

Lijkt mij dat daar niet echt een malletje is om zoiets te gieten.

Als je het vanuit het proces bekijkt, giet je eigenlijk lijn per lijn met de 3D-printer tot een geheel.

[RetepV]

Ik zie vooral het voordeel dat je ze in elke gewenste vorm kunt printen. Dit is dus voor speciale doeleinden bedoeld.

Voor normale doeleinden is het goedkoper om ze gewoon met lithografie te massaproduceren.

[Iblies]

Eerste waar ik aan dacht was Google Glass en andere initiatieven. Mogelijkerwijs kun je de batterij wegwerken in de pootjes en frame waardoor je de capaciteit kunt verhogen.

Denk zelf dan ook dat militaire doeleinden als eerst gretig gebruik van zullen maken. Dat is een van de organisaties die gebruik maakt van head mounted displays en waar de financiële middelen zijn om bestaande constructies aan te passen. Je kunt ze lichter maken met betere gewichtsverdeling.

[flessuh]

Ook erg amerikaanse namen.. weer flinke kennis-import dus. Verder leuke ontwikkeling, men kan tegenwoordig al zo veel met 3d-printers met het juiste materiaal...

[r.and.r]

Mooi zo, nu nog een doorbraak met de capaciteit en alle problemen met batterijen zijn weg

[Verwijderd]

Mooi zo, nu nog een doorbraak met de capaciteit en alle problemen met batterijen zijn weg

Eh, behalve dan:
- de laadtijd
- wat te doen met versleten batterijen (giftige stoffen)
- afhankelijkheid van China voor materialen
- gewicht
- prijs

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 24 juli 2024 12:45]

[The_Double]

Laadtijd blijft grotendeels gelijk. Een gemiddelde batterij kan worden opgeladen met net zo veel Ampere als zijn capaciteit in Ampere/uur. Een goede liPo kan met 2 tot 5x zijn cappaciteit worden opgeladen.

[]Byte[]

- de laadtijd

Die heb je nu ook al...

- wat te doen met versleten batterijen (giftige stoffen)

Wat doe jij nu met je versleten batterijen?

- afhankelijkheid van China voor materialen

Euhhh... Ontwikkeld in de USA!

Amerikaanse universiteiten van Harvard en Illinois

Maar ongeacht wie het ontwikkeld, je zal altijd een afhankelijkheid blijven houden.
Tenzij het onder GPL wordt vrijgegeven en je de grondstoffen er zelf uit kan printen

- gewicht

same issue als nu.

- prijs

Ja, die gaat zeker interessant worden!
Zoals alle technologische ontwikkelingen zullen die in het begin zeker veel hoger zijn.
Naar mate de productie-omvang zal groeien zullen die kosten denk ik wel aanzienlijk verder zakken.

[ToolkiT]

[...]
Euhhh... Ontwikkeld in de USA!

[...]

dat veranderd de afhankelijkheid van grondstoffen niet natuurlijk..

[jelmervdmeer]

Er is recentelijk een enorme hoeveelheid litium gevonden in Montana, wat de USA een litium exporteur zal maken.

[Verwijderd]

Tenzij het onder GPL wordt vrijgegeven en je de grondstoffen er zelf uit kan printen

Het wachten is dan ook op een sub-atomaire 3d-printer.

[johnkeates]

De productie omvang groeit in dit geval juist niet! Als iedereen zelf gaat printen krijg je dus dat de productie per persoon/printer dus verschrikkelijk laag is, en je dat massavoordeel nooit zal kunnen halen

[]Byte[]

Dat was ook mijn idee.
Maar als ik het goed begrijp is de capaciteit juist niet zo zeer het probleem.

Bij metingen bleken de 3d-geprinte accu's vergelijkbare prestaties als reguliere accu's te leveren, alleen op kleinere schaal.

en

De geprinte accu's zouden gebruikt kunnen worden in allerhande toepassingen waar miniaturisatie gewenst is. Voorheen werden daartoe thin-film-accu's gebruikt, maar de energie-inhoud van dergelijke platte accu's bleek vaak onvoldoende. Door de elektrodes met 3d-printers te maken krijgen de accu's een veel groter vermogen, zonder veel in omvang toe te nemen.

Denk eerder dat de verkrijgbaarheid van de 'inkt' een uitdaging zal zijn.
Maar ik zie hier wel mogelijkheden dat accu's met dezelfde omvang in de toekomst wel meer capaciteit gaan krijgen.

Verder ben ik benieuwd wat de productie en afvoer van dergelijke accu's voor millieu-impact hebben t.o.v. de huidige traditionele accu's.
Als dit ook nog eens veel lager ligt tov de huidige accu's, zie ik hier een win-win situatie.
Doe mij dan maar een printertje...

[Verwijderd]

Het komt in dit artikel niet uit de verf, maar deze geprinte batterijen zijn zeer klein, en bevatten plenty power:

it's smaller than a grain of sand, yet has areal energy and power densities comparable to your cellphone battery.

http://www.engadget.com/2...um=feed&utm_source=feedly

[Mavamaarten]

Nee, dat wil net zeggen dat ze ongeveer even goed presteren als een gewone batterij. Als je dus een batterij zou printen ter grootte van een huidige batterij dan heb je een batterij die even goed presteert.

Maar het blijft natuurlijk een goede ontwikkeling, want de efficientie van heel kleine batterijen is nog niet zo denderend.

[hardwareaddict]

De 3d printers hier hebben een printkop van 0.35 mm tot 0.50 mm.
Met 0.35 mm printen gaat extreem traag.

Een printje van een 40 grams object kost al snel een halve dag.

Om een spoor te trekken van 30 micrometer dat is 0.03 mm.

Dat betekent ook dat je laagjes niet 0.15 millimeter zijn zoals hier met 0.35 mm ideaal is,
maar laten we zeggen laagjes van 0.02 millimeter maximaal. Da's echter al de printer stretchen.
Dus reken op 0.01 millimeter laagjes.

Nu als die met dezelfde snelheid print dan kost een batterijtje printen dus 2 maanden.

Dat met een printer die natuurlijk extreem prijzig is geweest, want dat betekent dat de printer ook
compleet waterpas moet staan tot binnen 0.03 mm accuraat moet zijn. Daar heb je apparatuur voor nodig die vele duizenden euro's is, alleen al om 'm waterpas te zetten. Reken op 3000+ euro alleen al voor de waterpas.

Het produceren van de 3d printer kan natuurlijk alleen met metalen printer die je niet in de winkel kunt kopen. Die moet je zelf bouwen met de meest nauwkeurige freestechnieken. Zeg maar gewoon eerlijk dat normaal frezen niet gaat lukken. Dat moet je bouwen op dezelfde manier als hoe de mallen gebouwd worden. Afwijkingen mogen namelijk niet. Dat is extreem prijzig.

Leuk om in 't nieuws te komen.

Maar we praten over een apparaat wat niet in massa geproduceerd kan worden en waarvan alleen de productiekosten al in de tienduizenden euro's liggen, terwijl hij hooguit 6 batterijtjes per jaar kan printen.

Lekker.

[ignition_mp]

Nu wachten op de grafeen accu's en veel problemen op accugebied zijn opgelost (heb ik mij in een lezing laten vertellen)