Gedruckte Elektronik Inkjet-Printer erzeugt gedruckte Batterien und Schaltungen

Professor Sang-Young Lee vom koreanischen Forschungsinstitut UNIST hat aus einem gewöhnlichen Tintenstrahldrucker einen Drucker konstruiert, der elektrische Schaltungen, Kondensatoren und sogar Batterien ausgibt. Das Ziel sind primär formbare Energiespender, die sich an ihren Anwendungszweck anpassen.

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Professor Lee ist Spezialist für Batteriechemie an der koreanischen Forschungseinrichtung Ulsan National Institute for Science and Technology (UNIST). In den zurückliegenden Jahren hat er an flexiblen gedruckten Batterien geforscht. „Der Aufbau einer Batterie hat sich seit der Erfindung der Lithium-Ionen-Batterie nicht geändert“, sagt der Koreaner gegenüber der MIT Technology Review: Die Materialien werden in der Regel auf eine Metallfolie aufgebracht, in Form gebracht und mit einem flüssigen Elektrolyt aufgefüllt.

Die bisherige Herstellungsweise führt dazu, dass es eine Handvoll von Grundformen für Batterien gibt. Diese Grundformen diktieren auch die Form der Geräte, in denen die Batterien eingesetzt oder fest verbaut werden. Professor Lee ist dagegen an Energiespendern interessiert, die formbar sind und mit einfachen Geräten hergestellt werden können – zum Beispiel einem modifizierten Tintenstrahldrucker.

Die Entwicklung der geeigneten Formel hatte Gemeinsamkeiten mit einem Koch- oder Backrezept. Als Substrat verwendet Professor Lee Spezialpapier. Darauf kommt als erste Schicht eine Zellulose-Grundierung. Sie soll verhindern, dass die elektrolythaltige Tinte nicht zerfließt. Als Nächstes werden eine Schicht Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Elektroden aus Nanodrähten aus Silber aufgebracht, gefolgt von elektrolythaltiger Tinte. Für jede Tinte musste eine eigene Formel gefunden werden, damit die Flüssigkeit durch den Druckkopf fließt und nicht verklumpt, aber nach dem Trocknen Ladungen leiten kann.

Lees Durchbruch besteht nach eigenen Worten darin, dass er es geschafft hat, all diese Komponenten so zu gestalten, dass sie mit einem Tintenstrahldrucker verarbeitet werden können. Andere Projekte, so der Professor gegenüber der MIT Technology Review, benötigen flüssige Elektrolyte, die nach dem Druck hinzugefügt werden. Bei diesen Lösungen ist ein Behälter notwendig, der das flüssige Elektrolyt aufnehmen kann.

Mit dem modifizierten Drucker des Koreaners lassen sich stattdessen gedruckte Schaltungen realisieren, die ganz im Material aufgehen. Ein Demonstrationsobjekt ist zum Beispiel eine gedruckte Batterie auf einem Blatt Papier, die eine Leiterbahn mit Strom versorgt, die das Wort „Printed Circuit“ beschreibt. Am Ende der Schaltung leuchtet eine LED.

Eine weitere Anwendung ist eine Hülle für eine Kaffeetasse. Ein Superkondensator, der darauf gedruckt ist, liefert den Strom für eine rote und eine blaue LED. Befindet sich eine kalte Flüssigkeit in der Tasse, leuchtet die blaue LED auf. Ist die Flüssigkeit heiß, leuchtet die rote Leuchtdiode.

Im nächsten Schritt möchte Professor Lee die Speicherkapazitäten der Batterien und Kondensatoren verbessern und andere Trägermaterialien ausprobieren.

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