Аннотация

Химические источники тока (ХИТ), и, в первую очередь, аккумуляторы, являются одной из технологий, критически важных для функционирования современной техносферы. В последнее время возрастает потребность к миниатюрным, тонким и гибким аккумуляторам, что обусловлено развитием носимой электроники, гибкой электроники и миниатюризации автономных устройств. В связи с этим активно развиваются аддитивные технологии изготовления аккумуляторов и их элементов, в том числе методом струйной печати. Помимо возможности изготовления тонких и гибких элементов произвольной формы, использование струйной печати существенно упрощает технологию их изготовления.

На сегодняшний момент чернила, используемые для печати электроники и аккумуляторов в большинстве случаев представляют из себя дисперсии материалов. Использование дисперсных чернил сопряжено с рядом сложностей из-за их недостаточной стабильности, сложной реологии и других недостатков. Альтернативой является использование растворных чернил, лишенных этих недостатков. Наиболее подходящими для растворной печати электродов для аккумуляторов являются ионные проводящие и редокс-полимеры. Наличие ионных групп придает им водорастворимость, проводящие полимеры обеспечивают электронную проводимость, а редокс-полимеры – электрохимическую емкость.

Проект посвящен разработке подхода к изготовлению катодов для аккумуляторов методом струйной печати с использованием водных растворов проводящих и редокс-полимеров в качестве чернил. При последовательной печати катионным проводящим полимером и анионным редокс-полимером будет образовываться нерастворимый полиэлектролитный комплекс этих полимеров, который будет обладать электронной проводимостью за счет присутствия проводящего полимера и электрохимической емкостью за счет присутствия редокс-полимера. Актуальность настоящего проекта обусловлена потребностью в создании тонких и гибких аккумуляторов и аккумуляторов различной геометрии. Также актуальной является задача по упрощению технологии изготовления элементов аккумуляторов, в том числе и катодов.

В рамках настоящего проекта планируется разработать рецептуры водных чернил на основе катионных проводящих полимеров и анионных редокс-полимеров, подходящих для струйной печати, а также оптимизировать процедуру печати полученными чернилами на бытовом струйном принтере. Полученные печатные электроды будут исследованы электрохимическими методами, будут определены их энергозапасающие характеристики.

Новизна проекта обеспечивается использованием растворных чернил на основе катионных проводящих полимеров и анионных редокс-полимеров, а также принципом формирования активного материала за счет образования в отпечатке их полиэлектролитных комплексов. До этого примеров такой подход для струйной печати электроники не использовался.

В итоге, в рамках этого проекта будет разработан новый подход к струйной печати катодов для аккумуляторов с активным материалом, представляющим из себя полиэлектролитный комплекс катионного проводящего полимера и анионного редокс-полимера. Будут найдены рецептуры чернил, режимы печати ими, будут исследованы электрохимические и энергозапасающие характеристики полученых электродов.

Ожидаемые результаты

В результате выполнения проекта будет разработан подход к струйной печати катодов для аккумуляторов с использованием водных чернил на основе катионных проводящих полимеров и анионных редокс-полимеров. Будут разработаны рецептуры чернил, найдены оптимальные режимы печати этими чернилами с использованием бытового струйного принтера. Будут изучены электрохимические и энергозапасающие характеристики полученных печатных электродов.

Струйная печать химических источников тока является актуальной и активно развивающейся в мировой науке темой, исследования по этой теме публикуются в высокорейтинговых научных журналах. При этом, в отличие от сравнительно изученной печати дисперсионными чернилами, печать растворными чернилами сравнительно мало изучена ввиду сложности подбора растворимых активных материалов. Единичные примеры успешной реализации такого подхода публикуются в высокорейтинговых журналах, что говорит о соответствии предполагаемых результатов мировому уровню исследований.

Результаты, полученные в рамках настоящего проекта, могут быть использованы для разработки технологии изготовления тонких и гибких аккумуляторов произвольной геометрии методом струйной печати. Простота технологии позволит существенно уменьшить затраты на оборудование для изготовления аккумуляторов и даст возможность производить их на небольших производствах.

Проект на сайте РНФ

Название	Ссылка