211service.com
Een desktopprinter hacken om batterijen en circuits te maken
Onder een bankje bij Sang-Young Lee 's lab is een gewone, ietwat versleten inkjetprinter die hij heeft aangepast zodat hij elektronische circuits uitspuugt en een soort energieopslagapparaat dat een supercondensator wordt genoemd. Om het te laten werken, leegt Lee de inktpatronen en vult ze opnieuw met speciaal samengestelde batterijmaterialen en geleidende inkten. Wanneer ze zijn geladen met behandeld papier, maken zijn gehackte printers flexibele, duurzame supercondensatoren en eenvoudige circuitcomponenten in de vorm van een kaart met hoge resolutie van de Republiek Korea, een bloem, een logo of elk ander gewenst ontwerp.
Lee, een batterijchemicus bij de Ulsan Nationaal Instituut voor Wetenschap en Technologie (UNIST) in Zuid-Korea, werkt al vijf jaar aan flexibel bedrukte batterijen. De architectuur van de batterij is niet veranderd sinds de geboorte van de lithium-ionbatterij, zegt hij. Energieopslagmaterialen worden op metaalfolie gegoten en met een vloeibaar elektrolyt verpakt in een paar basisvormen: zakjes, munten, cilinders en rechthoekige prismatische cellen. Het ontwerp van draagbare gezondheidsmonitoren, of ze nu van textiel zijn of in een polsbandje worden gedragen, wordt bijvoorbeeld beperkt door de behoefte aan een batterijdoos of etui. In plaats daarvan wil Lee flexibele batterijen maken die verdwijnen in een ontwerp en gemaakt kunnen worden met eenvoudige apparatuur, zoals een inkjetprinter.
Om het te laten werken, moest hij alle materialen in het recept aanpassen. Als de inkt uitsmeert of in het papier loopt, werkt de supercondensator niet. De eerste te bedrukken laag is dus een celluloseprimer die inkt absorbeert en niet uitloopt. Dat wordt gevolgd door koolstofnanobuisjes, die de foliestroomcollector in een batterij vervangen, en zilveren nanodraadelektroden, gevolgd door een elektrolyt-inkt. Elke inkt moest zo worden geformuleerd dat het door de printkop zou stromen en niet zou klonteren terwijl het in de cartridge zat.
De sleutel tot Lee's systeem was het ontwikkelen van een elektrolyt dat compatibel is met inkjetprinten. De elektrolyt, het medium dat ionen en elektronen geleidt, is meestal een vloeistof. Lee is de eerste die een volledig inkjet-compatibele set materialen maakt die de elektrolyt bevatten. Bij andere onderzoeksprojecten, zegt hij, moet een vloeibare elektrolyt worden toegevoegd nadat de andere delen zijn geprint. De noodzaak om die vloeistof vast te houden, beperkt het ontwerp van de afgedrukte batterij. Er zijn solid-state elektrolytmaterialen, maar deze zijn niet compatibel met inkjetprinten en zijn mogelijk niet flexibel.
Lee's prototype, beschreven in het tijdschrift Energie en milieuwetenschappen , laat zien hoe zowel de batterij als het circuit verdwijnen in gedrukte ontwerpen. Op één gedrukt vel voedt het woord BATTERY de woorden Printed Circuit, die elektriciteit in een LED transporteren. In een ontwerp voor een omslag van een koffiemok drijft een supercondensator een sensor aan om een blauw licht aan te doen bij het gedrukte woord KOUD of een rood licht bij het woord HEET, afhankelijk van de temperatuur van de drank.
Het doel van het internet der dingen en alomtegenwoordige computers is om technologie naar de achtergrond te laten gaan, zodat we op een natuurlijke manier met de wereld kunnen communiceren, zegt Inna Lobel, een werktuigbouwkundig ingenieur en industrieel ontwerper bij het ontwerpbureau Kikker in New York City. Deze geprinte supercondensatoren suggereren hoe dergelijke technologieën en materialen eruit zouden kunnen zien, zegt ze.
Toch is de technologie een werk in uitvoering. Als bewijs van de nieuwigheid van het veld, moest Lee de apparatuur bouwen om zijn flexibele batterijen te testen. Een op maat gemaakte machine meet de elektrische prestaties terwijl de batterijen worden gedraaid en anderszins worden vervormd. De volgende stap is om de totale energieopslag van de geprinte apparaten te blijven verbeteren, zegt hij, en te proberen op andere materialen dan papier te printen.