Der Forscher Dmitry Momotenko hat laut einer Pressemitteilung mit seinem Team an der Universität Oldenburg eine neue Technik zur additiven Herstellung ultrakleiner Metallobjekte mit dem Ziel entwickelt, die Oberfläche von Batterieelektroden zu vergrößern und so die Ladezeit zu verkürzen.
Das Team baute und programmierte drei der 3D-Drucker des Labors selbst, damit diese in einem kleineren Maßstab funktionieren und die Forscher eine Vielzahl von Formen und Strukturen aus Kupfer, Silber, Nickel, Nickel-Mangan und Nickel-Kobalt in 3D drucken können.
Momotenko erklärte:
„Eine farbige Kochsalzlösung fließt durch feine Röhrchen in das dünne Kapillarröhrchen, das wiederum ein haardünnes Stück Draht enthält – die Anode. Es schließt den Stromkreis mit der negativ polarisierten Kathode, einem vergoldeten Siliziumplättchen, das kleiner als ein Fingernagel ist und gleichzeitig die Oberfläche ist, auf der der Druck erfolgt. Mikromotoren und spezielle Kristalle, die sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung augenblicklich verändern, bewegen die Düse schnell um Bruchteile eines Millimeters in alle drei Raumrichtungen.“
Batterieelektroden mit stark vergrößerter Oberfläche
Das Team möchte die Ladezeiten verkürzen, indem die Ionen sich schnell zwischen Anode und Kathode bewegen können und sich beide im Nanomaßstab miteinander verbinden.
Momotenko erklärte:
„Beim aktuellen Batteriedesign dauert das Laden so lange, weil die Elektroden relativ dick und weit voneinander entfernt sind.“
Die Übertragung auf Metall ist schwieriger als die additive Fertigung von Kunststoffen im Nanomaßstab. Die Herstellung von Batteriestrukturen in den erforderlichen Nanodimensionen war bisher nicht möglich, was mit dem Forschungsprojekt NANO-3D-LION erreichen möchte. Das Forscherteam besteht aus vier Mitgliedern und wird durch eine im März 2021 verliehene Auszeichnung des Europäischen Forschungsrats gefördert. Die Mitglieder arbeiten an der Entwicklung nanoskaliger additiver Fertigungstechniken, um „aktive Batteriematerialien mit ultrakleinen Strukturmerkmalen“ zu schaffen.
Liasan Khasanova, Doktorandin in der Electrochemical Nanotechnology Group, konzentriert sich auf Lithiumverbindungen, um herauszufinden, wie die in Lithiumbatterien verwendeten Elektrodenmaterialien additiv hergestellt werden können. Die Doktorandin Karuna Kanes konzentriert sich auf die Optimierung der Präzision der Baudüse. Der Masterstudent Simon Sprengel untersucht die Möglichkeit, Kathoden- und Anodenmaterial in einem Schritt anzufertigen, bei dem zwei Metalle additiv in Kombination hergestellt werden. Die Reaktivität von Lithium ist ein weiteres Hindernis. Momotenko arbeitet außerdem an weiteren Ideen, bei denen Metallstrukturen hergestellt werden, die eine gezieltere Steuerung chemischer Reaktionen ermöglichen oder Sensoren, die einzelne Moleküle erkennen können.
Er sagte:
„Das wäre in der Medizin hilfreich, etwa um Tumormarker oder Biomarker für Alzheimer in extrem geringen Konzentrationen nachzuweisen.“
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