Tradycyjne baterie to sztywne cylindry czy prostopadłościany, które ograniczają design urządzeń elektronicznych. W naszym laboratorium badawczym przełamujemy te ograniczenia, opracowując sitodrukowaną baterię manganowo-cynkową. To źródło energii, które można wydrukować w dowolnym kształcie – od płaskich paneli po skomplikowane formy przestrzenne. Dzięki wykorzystaniu technologii sitodrukarskich możemy tworzyć baterie o grubości zaledwie kilku milimetrów, które idealnie integrują się z klawiaturami i interfejsami sterowniczymi.

Czym właściwie jest drukowana bateria?

Drukowana bateria to ogniwo elektrochemiczne wytwarzane metodami drukarskimi. Zamiast składania gotowych komponentów w tradycyjnej obudowie, wszystkie elementy baterii powstają jako kolejne warstwy naniesione precyzyjnie na podłoże. Nasze laboratorium wykorzystuje do tego celu specjalistyczne farby przewodzące i pasty elektrodowe. Każda warstwa ma ściśle określone właściwości chemiczne i elektryczne, które muszą współpracować ze sobą, aby wytworzyć stabilne źródło napięcia. Proces przypomina drukowanie wielowarstwowe, ale wymaga znacznie większej precyzji i kontroli nad właściwościami materiałów.

Drukowane baterie mają ogromny potencjał i w przyszłości znajdą zastosowanie w elektronice noszonej, czujnikach IoT, inteligentnych etykietach i urządzeniach medycznych. Szczególnie obiecujące są zastosowania właśnie w medycynie – plastry transdermalne z wbudowanymi czujnikami, tymczasowe implanty czy systemy monitorowania funkcji życiowych. Elastyczność i biokompatybilność materiałów otwierają nowe możliwości projektowania urządzeń medycznych.

Jak tworzymy nasze baterie?

Proces zaczyna się od przygotowania specjalistycznych kompozycji – past elektrodowych, farb przewodzących i elektrolitów o ściśle kontrolowanej konsystencji. Każdy materiał musi spełniać podwójną rolę: zachowywać się jak typowy atrament drukarki podczas nanoszenia, a następnie przekształcić się w aktywny komponent elektrochemiczny.

Kolejnym krokiem jest nadrukowanie anody cynkowej na elastycznym podłożu. Następnie nanosimy warstwę separatora, który zapobiega bezpośredniemu kontaktowi elektrod, ale umożliwia przepływ jonów. Kolejna warstwa to elektrolit, a na końcu drukujemy katodę manganową.

Każda warstwa musi dokładnie wyschnąć i ustabilizować się chemicznie przed nałożeniem następnej. Kontrolujemy grubość, równomierność pokrycia i właściwości elektryczne na każdym etapie produkcji. Finalnie testujemy napięcie wyjściowe, pojemność i stabilność baterii w różnych warunkach pracy.

Najtrudniejszym aspektem jest synchronizacja właściwości wszystkich warstw. Anoda musi oddawać elektrony, katoda je przyjmować, a elektrolit umożliwiać przepływ jonów – i wszystko to musi działać razem w strukturze grubej zaledwie kilka milimetrów. Proces ten wykracza daleko poza standardowe drukowanie, wymagając dogłębnego zrozumienia zarówno technologii drukarskich, jak i elektrochemii.

Rezultatem jest źródło energii, które można formować w dowolnym kształcie już na etapie produkcji. Nie musimy dostosowywać projektu urządzenia do sztywnych wymiarów tradycyjnej baterii – zamiast tego dostosowujemy baterię do wymagań projektu.

Jak zbudowana jest drukowana bateria?

Nasza sitodrukowana bateria manganowo-cynkowa składa się z kilku precyzyjnie naniesionych warstw. Katoda wykonana jest z dwutlenku manganu, anoda z proszku cynku, a elektrolit stanowi specjalna pasta przewodząca jony. Każdy składnik jest nadrukowany jako osobna warstwa, tworząc kompletny ogniwo elektrochemiczne.

Dwutlenek manganu w katodzie przyjmuje elektrony podczas rozładowania, podczas gdy cynk w anodzie je oddaje. Elektrolit umożliwia przepływ jonów między elektrodami, zamykając obwód elektryczny. Ten proces generuje napięcie około 1,5 volta – podobnie jak w tradycyjnych bateriach alkalicznych.

Grubość całej baterii wynosi zaledwie kilka milimetrów, a jej kształt można dowolnie dostosować do wymagań urządzenia. To właśnie ta elastyczność konstrukcyjna stanowi największą zaletę technologii drukowanej.

Jakie zalety mają drukowane źródła energii?

Drukowane baterie oferują możliwości niedostępne dla tradycyjnych ogniw. Przede wszystkim można nadać im dowolny kształt – od prostokątnych paneli po skomplikowane formy dopasowane do konkretnego urządzenia. Nasza ozdoba choinkowa z wbudowaną baterią to przykład tego, jak technologia może wpasować się w estetyczny design produktu. Jest to jednak zaledwie wierzchołek możliwości drukowanych źródeł energii.

Integracja z elektroniką

Produkcja drukarska umożliwia bezpośrednią integrację baterii z obwodami elektronicznymi. Zamiast łączyć osobno wyprodukowaną baterię z płytką drukowaną, możemy nadrukować źródło energii bezpośrednio na tej samej powierzchni co ścieżki przewodzące i komponenty. W przypadku klawiatur przemysłowych oznacza to możliwość stworzenia całkowicie autonomicznego interfejsu – bez zewnętrznych źródeł zasilania czy skomplikowanego okablowania.

Dostosowanie parametrów elektrycznych

Niemniej istotną zaletą jest możliwość precyzyjnego dostosowania charakterystyk elektrycznych. Modyfikując skład past elektrodowych, grubość warstw czy geometrię elektrod, możemy wpływać na napięcie wyjściowe, pojemność i krzywe rozładowania. To pozwala tworzyć baterie idealnie dopasowane do wymagań konkretnego urządzenia – od niskiego napięcia dla delikatnych czujników po wysoką pojemność dla długotrwałej pracy.

Ekonomika produkcji

Technologia druku oferuje także korzyści ekonomiczne, szczególnie w średnich i dużych nakładach. Proces produkcji jest znacznie szybszy niż tradycyjny montaż ogniw, a możliwość drukowania wielu baterii jednocześnie na jednym arkuszu drastycznie obniża koszty jednostkowe. Dodatkowo eliminujemy potrzebę kosztownych obudów metalowych czy plastikowych, co przekłada się na oszczędności materiałowe.

Elastyczność mechaniczna

Drukowane baterie można wytwarzać na elastycznych podłożach, co otwiera możliwości zastosowania w urządzeniach zginanych czy odkształcanych podczas pracy. To szczególnie istotne w nowoczesnych interfejsach dotykowych czy urządzeniach noszonych, gdzie sztywna bateria mogłaby ograniczać funkcjonalność lub komfort użytkowania.

Ograniczenia i wyzwania technologiczne

Drukowane baterie mają niestety także swoje ograniczenia. Ich pojemność jest zazwyczaj mniejsza niż tradycyjnych ogniw o podobnych rozmiarach. Wyzwaniem jest też trwałość mechaniczna, szczególnie w przypadku elastycznych podłoży. Wielokrotne zginanie może uszkodzić strukturę elektrod i zmniejszyć wydajność baterii. Dlatego wciąż badamy i rozwijamy specjalne kompozycje materiałów, które zachowują elastyczność bez utraty właściwości elektrycznych.

Drukowana bateria Qwerty – budowanie przewagi technologicznej

Podstawą jakości i niezawodności naszych klawiatur jest wiedza, którą zdobywamy w praktyce, sprawdzając, testując i rozwijając dostępne na rynku technologie. Wiemy, że to, co dzisiaj prezentujemy jako innowacyjny gadżet i ciekawostkę technologiczną, jutro może stać się podstawą elektroniki użytkowej i przemysłowej. Dlatego też nie czekamy na rozwój drukowanych źródeł energii, ale aktywnie działamy, ulepszając je w naszym laboratorium. Takie podejście nie tylko pozwala nam wyprzedzać konkurencję i utrzymać pozycję lidera w branży, ale przede wszystkim proponować naszym klientom rozwiązania na miarę ich potrzeb.