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Pirater une imprimante de bureau pour fabriquer des batteries et des circuits
Sous un banc à Sang-Young Lee Le laboratoire de est une imprimante à jet d'encre ordinaire, quelque peu délabrée, qu'il a modifiée pour qu'elle crache des circuits électroniques et un type de dispositif de stockage d'énergie appelé supercondensateur. Pour le faire fonctionner, Lee vide les cartouches d'encre et les recharge avec des matériaux de batterie spécialement formulés et des encres conductrices. Lorsqu'elles sont chargées de papier traité, ses imprimantes piratées fabriquent des supercondensateurs flexibles et durables et des composants de circuit simples sous la forme d'une carte haute résolution de la République de Corée, d'une fleur, d'un logo ou de tout autre dessin souhaité.
Lee, un chimiste des batteries au Institut national des sciences et technologies d'Ulsan (UNIST) en Corée du Sud, travaille sur les batteries imprimées flexibles depuis cinq ans. L'architecture de la batterie n'a pas changé depuis la naissance de la batterie lithium-ion, dit-il. Les matériaux de stockage d'énergie sont coulés sur une feuille métallique et emballés avec un électrolyte liquide dans quelques formes de base : sachets, pièces de monnaie, cylindres et cellules prismatiques rectangulaires. Par exemple, la conception des moniteurs de santé portables, qu'ils soient en textile ou portés dans un bracelet, est limitée par le besoin d'un boîtier ou d'une pochette de batterie. Au lieu de cela, Lee souhaite fabriquer des batteries flexibles qui disparaissent dans un design et peuvent être fabriquées à l'aide d'un équipement simple, comme une imprimante à jet d'encre.
Pour que cela fonctionne, il a dû adapter tous les matériaux de la recette. Si les encres tachent ou coulent dans le papier, le supercondensateur ne fonctionnera pas. Ainsi, la première couche à imprimer est un apprêt cellulosique qui absorbe les encres et ne coule pas. Viennent ensuite les nanotubes de carbone, qui remplacent le collecteur de courant en feuille dans une batterie, et les électrodes à nanofils d'argent, suivies d'une encre électrolytique. Chaque encre devait être formulée de manière à s'écouler à travers la tête d'impression et à ne pas s'agglutiner lorsqu'elle se trouvait dans la cartouche.
La clé du système de Lee était de développer un électrolyte compatible avec l'impression à jet d'encre. L'électrolyte, le milieu qui conduit les ions et les électrons, est généralement un liquide. Lee est le premier à fabriquer un ensemble de matériaux entièrement compatibles avec le jet d'encre qui comprend l'électrolyte. D'autres projets de recherche, dit-il, nécessitent l'ajout d'un électrolyte liquide après l'impression des autres pièces. La nécessité de retenir ce liquide limite la conception de la batterie imprimée. Il existe des matériaux électrolytiques à l'état solide, mais ils ne sont pas compatibles avec l'impression à jet d'encre et peuvent ne pas être flexibles.
Le prototype de Lee, décrit dans le journal Sciences de l'énergie et de l'environnement , montre comment la batterie et le circuit disparaissent dans des motifs imprimés. Sur une feuille imprimée, le mot BATTERIE alimente les mots Circuit imprimé, qui transportent l'électricité dans une LED. Dans une conception pour un emballage de tasse à café, un supercondensateur alimente un capteur pour allumer une lumière bleue par le mot imprimé COLD ou une lumière rouge par le mot HOT en fonction de la température de la boisson.
L'objectif de l'Internet des objets et de l'informatique omniprésente est de mettre la technologie en arrière-plan afin que nous puissions interagir avec le monde d'une manière qui semble naturelle, explique Inna Lobel, ingénieur en mécanique et designer industriel à la société de design. Grenouille a New York. Ces supercondensateurs imprimés suggèrent à quoi ces technologies et matériaux pourraient ressembler, dit-elle.
Pourtant, la technologie est un travail en cours. En témoignage de la nouveauté du domaine, Lee a dû construire l'équipement pour tester ses batteries flexibles. Une machine sur mesure mesure les performances électriques pendant que les batteries sont tordues et autrement déformées. La prochaine étape consiste à continuer à améliorer le stockage d'énergie total des appareils imprimés, dit-il, et à essayer d'imprimer sur d'autres matériaux que le papier.