3D-надруковані електроліти забезпечують найкраще зберігання енергії

В Австралії група дослідників з Університету Нового Південного Уельсу в Сіднеї стверджує, що успішно надрукувала на 3D-принтері твердотілі полімерні електроліти нестандартної форми за допомогою настільного 3D-принтера. Це дозволило б зберігати енергію в невеликих електронних чи медичних пристроях, чи в чомусь іншому. Очікується, що отриманий електроліт матиме дуже хорошу провідність та міцність.

Електроліт – це речовина, рідка або тверда, здатна нести електричний заряд, як позитивний, так і негативний. Це результат усунення іонів. Наприклад, полімерний електроліт, що використовується в даному дослідженні, являє собою матрицю органічних полімерів, в якій спостерігаються іони, що рухаються. Вони широко використовуються в літієвих батареях, особливо для підвищення їх щільності та безпеки.

Дослідницька група зі Школи хімічного машинобудування під керівництвом професора Сірілла Бойєра, до якої входять доктори Натаніель Корріган та Кенні Лі, кажуть, що процес 3D-друку такого матеріалу може бути особливо корисним у майбутніх медичних пристроях, де невеликі, хитромудрі накопичувачі енергії пропонують ряд переваг.

Кенні Лі, один із дослідників команди, пояснює: «Ніхто раніше не друкував тверді полімерні електроліти на 3D-принтері. Традиційно їх виготовляли з використанням форми, але попередні процеси не давали можливості контролювати міцність матеріалу або формувати складні форми. З наявними твердотільними електролітами, коли ви збільшуєте механічну міцність матеріалу, ви сильно жертвуєте провідністю. Якщо вам потрібна вища провідність, матеріал значно слабший. Те, що ми досягли, — це одночасна комбінація обох, яка може бути надрукована на 3D-принтері у складній геометрії». Це означає, що твердотільні електроліти потенційно можуть використовуватися як фактична структура пристрою, створюючи ряд можливостей для дизайну, особливо для майбутніх медичних продуктів. Щоб перевірити силу та можливості цієї нової розробки, команда надрукувала 3D карту Австралії, використовуючи ці електроліти, які потім були протестовані як пристрій зберігання енергії.

SPE (твердий полімерний електроліт) у пристроях накопичення енергії збільшує стабільність циклів, тобто кількість циклів зарядки та розрядки доти, доки його місткість не зменшиться до певної величини. Корріган заявляє, що матеріал дуже стабільний і здатний заряджатися та розряджатися протягом тисяч циклів. Після 3000 циклів падіння становило лише близько 10%.

«Уявіть собі навушник, зроблений переважно з цього матеріалу, який також діє як акумулятор. Щільність зберігання буде набагато вищою, і тому заряду вистачить на більший час», - каже професор Бойєр.

«Ніхто раніше не друкував твердих полімерних електролітів на 3D-принтері. Традиційно вони виготовлялися з використанням форми, але попередні процеси не давали змоги контролювати міцність матеріалу чи формувати його у складні форми», — каже Кенні Лі.

За допомогою тих систем, які використовувалися, вчені можуть створювати справді крихітні структури. Таким чином, він має фантастичне застосування в нанотехнологіях та скрізь, де вам потрібно спроєктувати зберігання енергії на мікрорівні.

Хоча твердий полімерний електроліт, розроблений командою UNSW, вважається матеріалом з високими експлуатаційними характеристиками, дослідники кажуть, що його можна виробляти з використанням недорогих 3D-принтерів, що є у продажу, а не складного інженерного обладнання. 3D-друк також знижує витрати в порівнянні з іншими традиційними формами виробництва, оскільки одна й та сама машина може використовуватися для виробництва різних матеріалів різної форми.