211service.com
Hacking af en stationær printer for at lave batterier og kredsløb
Under en bænk kl Sang-Young Lee 's laboratorium er en almindelig, noget forslået inkjetprinter, han har modificeret, så den spytter elektroniske kredsløb ud og en type energilagringsenhed kaldet en superkondensator. For at få det til at fungere, tømmer Lee blækpatronerne og genopfylder dem med specielt formulerede batterimaterialer og ledende blæk. Når de er fyldt med behandlet papir, laver hans hackede printere fleksible, holdbare superkondensatorer og enkle kredsløbskomponenter i form af et højopløsningskort over Republikken Korea, en blomst, et logo eller ethvert andet ønsket design.
Lee, en batterikemiker ved Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) i Sydkorea, har arbejdet på fleksible trykte batterier i de sidste fem år. Batteriets arkitektur har ikke ændret sig siden lithium-ion-batteriets fødsel, siger han. Energilagrende materialer støbes på metalfolie og emballeres med en flydende elektrolyt i nogle få grundlæggende former - poser, mønter, cylindre og rektangulære prismatiske celler. For eksempel er designet af bærbare sundhedsmonitorer, uanset om de er i tekstiler eller bæres i et armbånd, begrænset af behovet for en batteriboks eller etui. I stedet vil Lee lave fleksible batterier, der forsvinder ind i et design og kan laves ved hjælp af simpelt udstyr, såsom en inkjet-printer.
For at få det til at fungere, måtte han skræddersy alle materialerne i opskriften. Hvis blækket udtværes eller løber i papiret, virker superkondensatoren ikke. Så det første lag, der skal printes, er en cellulosegrunder, der absorberer blæk og ikke løber. Det efterfølges af kulstof nanorør, som erstatter foliestrømsamleren i et batteri, og sølv nanotrådselektroder efterfulgt af en elektrolytblæk. Hvert blæk skulle formuleres, så det flyder gennem printhovedet og ikke klumper sig, mens det sidder i patronen.
Nøglen til Lees system var at udvikle en elektrolyt, der var kompatibel med inkjet-print. Elektrolytten, mediet, der leder ioner og elektroner, er typisk en væske. Lee er den første til at lave et fuldt inkjet-kompatibelt sæt materialer, der inkluderer elektrolytten. Andre forskningsprojekter, siger han, kræver, at en flydende elektrolyt tilsættes, efter at de andre dele er udskrevet. Behovet for at holde den væske inde begrænser designet af det trykte batteri. Der er solid-state elektrolytmaterialer, men de er ikke kompatible med inkjet-udskrivning og er muligvis ikke fleksible.
Lees prototype, beskrevet i tidsskriftet Energi- og miljøvidenskab , viser, hvordan både batteriet og kredsløbet forsvinder i trykte designs. På ét trykt ark driver ordet BATTERI ordene Printed Circuit, som fører elektricitet til en LED. I et design til en kaffekrusindpakning driver en superkondensator en sensor til at tænde et blåt lys ved det trykte ord COLD eller et rødt lys ved ordet HOT afhængigt af drikkevarens temperatur.
Målet for tingenes internet og allestedsnærværende computing er at få teknologien til at gå i baggrunden, så vi kan interagere med verden på måder, der føles naturlige, siger Inna Lobel, en maskiningeniør og industriel designer hos designfirmaet Frø i New York City. Disse trykte superkondensatorer antyder, hvordan sådanne teknologier og materialer kan se ud, siger hun.
Alligevel er teknologien et igangværende arbejde. Som et vidnesbyrd om feltets nyhed, måtte Lee bygge udstyret for at teste sine fleksible batterier. En specialfremstillet maskine måler elektrisk ydeevne, mens batterierne bliver snoet og på anden måde deformeret. Næste skridt er at fortsætte med at forbedre den samlede energilagring af de printede enheder, siger han, og prøve at printe på andre materialer udover papir.