Az elemek jelentik a mai infokommunikációs technológiák egyik legnagyobb problémáját. Az ok: nem tartják a lépést a készülékek folyamatosan növekvő kapacitásával. Fejlődésük kétségtelen tény, csak túl lassú, és immáron közel tíz esztendeje megfogalmazódott a radikálisan új megoldás iránti igény.
Okostelefonoktól az elektromos autóig, tabletektől az elektromos cigarettáig mindent lítium-ion elemek működtetnek. A gyártók eddig a tervezői szabadságot és a felhasználási lehetőségeket korlátozó szabvány elemmérethez alakították ki eszközeiket.
A Duke Egyetem két kutatója, Christopher Reyes és Benjamin Wiley új módszert dolgozott ki lítium-ion elemek létrehozására. 3D nyomtatással készítenék őket, amellyel elvileg bármilyen méretben kivitelezhetők.
A kereskedelmi forgalomban beszerezhető lítium-ion elemek zöme vagy henger-alakú vagy négyszögletes. Potenciálisan – elemmel, szerkezeti és elektronikus alkatrészekkel együtt – 3DP technológiákkal komplett készülékek bármilyen méretben printelhetők.
A megvalósítás legfőbb akadálya az iont nem vezető PLA anyagok. Erre kínálnak megoldást a Duke Egyetem kutatói. A printelést alacsony költségen, széles körben hozzáférhető FFF-gépekkel végzik el.
A PLA ionos vezetőképességét elektrolitek hozzáadásával növelik. Mindezek mellett az anódban vagy a katódban grafént vagy szén nanocsöveket is használnak.
„Elektrolitnak nevezzük azokat a vegyületeket, amelyeknek vizes oldata vagy olvadéka, mozgékony töltéshordozók – anionok és kationok – révén, elektromos áram vezetésére képes. Az elektrolit oldatokat vagy olvadékokat ionvezetőknek, vagy másodfajú vezetőknek is hívjuk” – áll a Wikipédiában.
A lehetőségek demonstrálásához LED-es karkötőt printeltek, benne az elemmel. A karkötő lítium-ion eleme kb. 60 másodpercig működtet egy zöld LED-et.
Ez a technológia egyelőre nem oldja meg az infokommunikációs eszközök egyik legfőbb kihívását, idővel viszont elképzelhető, hogy igen. Mindenesetre a mostani, elsőgenerációs printelt elemek kapacitása két nagyságrenddel alacsonyabb, mint a hagyományosoké, azaz hétköznapi felhasználásra még nem praktikusak.
A jövőben a polimeralapú anód és katód nyomtatható aktív anyagokkal, például grafénoxiddal való helyettesítésével, vagy az utóbbiak PLA-be történő még masszívabb integrálásával növelnék az elemek teljesítményét.
