פריצת דרך? סוללה מודפסת בעובי של פחות ממילימטר

פיתוח מאוניברסיטת הרוורד מאפשר ייצור סוללות ליתיום יון במימדים מיקרוסקופיים באמצעות הדפסה תלת מימדית

עולם המכשירים החכמים זקוק נואשות לפריצת דרך בתחום הסוללות מזה זמן רב. אמנם, מרבית הפיתוחים שמבטיחים זמני טעינה של שניות או נתוני קיבולת גדולים במיוחד לא עוזבים את כותלי המעבדות בהן נולדו. האוניברסיטה המפורסמת הרוורד לא מציגה עוד מהפכה מעבר לאופק, היא מצטרפת לשורות אלו בזכות סוללת הליתיום יון הקטנה ביותר שיוצרה עד כה. הסוללה מודפסת על ידי מדפסת תלת מימד לגודל מיקרוסקופי ומטרתה לספק אנרגיה חשמלית למכשירים הזעירים ביותר, בעיקר בתחום הרפואה.

מימדיה הזעירים של הסוללה אינם נושאים תועלת למכשירים החכמים הנפוצים. הסמארטפונים גדלים מדי שנה והשוק לא דורש יכולות ייצור מיקרוסקופי. ישנו, עם זאת, מגוון רחב של ציוד שיוכל להפיק מהפיתוח תועלת עצומה. כעת מימדי השתלים והחיישנים המשמשים את הרפואה מוגבלים בצורה משמעותית על ידי גדלי הסוללות שמפעילות אותם. לרוב הן מכפילות את הנפח הסופי של השתלים. שתלים וחיישנים זעירים שניתן יהיה להפעיל באמצעות סוללות כאלו יאפשרו תהליכים חדשים רבים בתחום הרפואה. כמו כן, כדי שמימדי המחשבים הלבישים יכלו להיצטמצם מעבר לגודל של משקפיים או שעון ידרשו סוללות במימדים דומים.

כדי ליצור את הסוללות הזעירות השתמשו צוות החוקרים במדפסת תלת מימד. כל אלקטרודה בסוללה דקה מעובי השערה האנושית. כאמור הסוללות הן מסוג ליתיום יון הנפוץ ואיתו כל המגרעות ונקודות החוזקה שלו. המדפסת המותאמת עושה שימוש בדיו פעיל מיוחד אשר מתקשה ליצירת האנודות והקתודות לאחר היציקה. האנודות והקתודות נבנו אחת אל מול השניה בצורה של שני מסרקים ולבסוף הושקעו במארז המכיל את תמיסת האלקרוליט. מימדיה הסופיים של הסוללה מסתכמים באורך הקטן ממילימטר אחד של כל צלע.

תהליך יצירת הסוללה כולל הדפסת תלת מימדית של האנודה (צבע אדום) והקטודה (צבע סגול)
ולאחר מכן הכנסה של המערך אל תיבה זעירה יחד עם החומר האלקטרוליטי

באשר לתכונות העבודה של הסוללה, צוות המפתחים טוענים שהביצועים שווים, ביחס לגודל, לביצועים של סוללות ליתיום יון קונבנציונאליות. קצבי הטעינה והפריקה שווים באופן יחסי. כמו גם נתוני דחיסות האנרגיה ותוחלת החיים של הסוללות.

בסרטון ניתן לראות כיצד יוצקת בשכבות זרבובית המדפסת את הדיו לצורת האלקטרודות. התהליך מוסרט בקצב ההדפסה האמיתי והוא בהחלט נראה מהיר דיו לאפשר יצור המוני. אך המפתחים לא מסרו פרטים על תוכניות כאלו לעתיד הקרוב והפיתוח נשאר, נכון לעכשיו, בגדר הוכחת הקונצפט הטכנולוגי בלבד.