3D-печатные электролиты обеспечивают лучшее хранение энергии

В Австралии группа исследователей из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее утверждает, что успешно напечатала на 3D-принтере твердотельные полимерные электролиты нестандартной формы с помощью настольного 3D-принтера. Это позволило бы хранить энергию в небольших электронных или медицинских устройствах или, среди прочего. Ожидается, что полученный электролит будет иметь очень хорошую проводимость и прочность.

Электролит — это вещество, жидкое или твердое, способное нести электрический заряд, как положительный, так и отрицательный. Это результат смещения ионов. Например, полимерный электролит, используемый в данном исследовании, представляет собой матрицу органических полимеров, в которой наблюдаются движущиеся ионы. Они широко используются в литиевых батареях, особенно для повышения их плотности и безопасности. 

Исследовательская группа из Школы химического машиностроения под руководством профессора Сирилла Бойера, в которую входят доктора Натаниэль Корриган и Кенни Ли, говорят, что процесс 3D-печати такого материала может быть особенно полезен в будущих медицинских устройствах, где небольшие, замысловатые накопители энергии предлагают ряд преимуществ.

Кенни Ли, один из исследователей команды, объясняет: «Никто раньше не печатал твердые полимерные электролиты на 3D-принтере. Традиционно их изготавливали с использованием формы, но предыдущие процессы не давали возможности контролировать прочность материала или формировать из него сложные формы. С существующими твердотельными электролитами, когда вы увеличиваете механическую прочность материала, вы сильно жертвуете проводимостью. Если вам нужна более высокая проводимость, материал гораздо менее прочен. То, что мы достигли, — это одновременная комбинация обоих, которая может быть напечатана на 3D-принтере в сложной геометрии». Это означает, что твердотельные электролиты потенциально могут использоваться в качестве фактической структуры устройства, создавая ряд мыслимых возможностей для дизайна, особенно для будущих медицинских продуктов. Чтобы проверить силу и возможности этой новой разработки, команда напечатала 3D карту Австралии, используя эти электролиты, которые затем были протестированы в качестве устройства для хранения энергии. 

SPE (твердый полимерный электролит) в устройствах накопления энергии увеличивает стабильность циклов, то есть количество циклов зарядки и разрядки до тех пор, пока его емкость не уменьшится до определенной величины. Корриган заявляет, что материал очень стабилен и способен заряжаться и разряжаться в течение тысяч циклов. После 3000 циклов падение составило всего около 10%.

«Представьте себе наушник, преимущественно сделанный из этого материала, который также действует как аккумулятор. Плотность хранения будет намного выше, и поэтому заряда хватит на большее время», — говорит профессор Бойер.

«Никто раньше не печатал твердые полимерные электролиты на 3D-принтере. Традиционно они изготавливались с использованием формы, но предыдущие процессы не давали возможности контролировать прочность материала или формировать его в сложные формы», — говорит Кенни Ли.

С помощью тех систем, которые использовались, ученые могут создавать действительно крошечные структуры. Таким образом, он имеет фантастическое применение в нанотехнологиях и везде, где вам нужно спроектировать хранение энергии на микроуровне.

Хотя твердый полимерный электролит, разработанный командой UNSW, считается материалом с высокими эксплуатационными характеристиками, исследователи говорят, что его можно производить с использованием недорогих и имеющихся в продаже 3D-принтеров, а не сложного инженерного оборудования. 3D-печать также снижает потери по сравнению с другими традиционными формами производства и снижает затраты, поскольку одна и та же машина может использоваться для производства различных материалов различной формы.