L'avvento e la maggiore disponibilità della stampa 3D sta portando a parti più personalizzabili a costi inferiori in una vasta gamma di applicazioni, dai dispositivi intelligenti indossabili ai veicoli autonomi. Ora, un team di ricerca con sede presso la Tohoku University ha stampato in 3D la prima membrana a scambio protonico, un componente critico delle batterie, condensatori elettrochimici e celle a combustibile. Il risultato avvicina anche alla realtà la possibilità di dispositivi energetici a stato solido personalizzati, secondo i ricercatori.

I risultati sono stati pubblicati in Materiali energetici applicati ACS , una rivista dell'American Chemical Society.

"I dispositivi di accumulo di energia le cui forme possono essere personalizzate consentono possibilità completamente nuove per applicazioni legate, Per esempio, a smart wearable, dispositivi medici elettronici, ed apparecchi elettronici come droni, " ha detto Kazuyuki Iwase, autore di articoli e assistente professore nel gruppo del professor Itaru Honma presso l'Istituto di ricerca multidisciplinare per i materiali avanzati dell'Università di Tohoku. "La stampa 3D è una tecnologia che consente la realizzazione di tali strutture on-demand".

L'attuale fabbricazione della stampa 3D si concentra sulle parti strutturali che contribuiscono alla funzione del prodotto finale, piuttosto che impregnare le parti della propria funzione.

"Però, La stampa 3D di dispositivi di accumulo di energia richiede servizi specializzati, inchiostri funzionali, Iwase ha affermato:"Abbiamo sviluppato un processo di fabbricazione e sintetizzato inchiostri nano funzionalizzati che consentono la realizzazione di dispositivi di accumulo di energia quasi a stato solido basati sulla stampa 3D".

Il team ha miscelato nanoparticelle di silice inorganica con resine fotopolimerizzabili e liquido in grado di condurre protoni, con rapita attenzione alla viscosità dell'inchiostro risultante. Studi precedenti, i ricercatori hanno detto, ha portato a inchiostri che non potevano essere stampati in 3D. Mescolando le proporzioni degli ingredienti, i ricercatori hanno sviluppato inchiostri che potrebbero essere impiegati in una stampante 3D di erogazione e conservano ancora le loro proprietà anche dopo la polimerizzazione con irraggiamento ultravioletto. Per testare le proprietà, i ricercatori hanno assemblato una membrana stampata tra due elettrodi di elettroni di carbonio per realizzare un condensatore elettrochimico quasi allo stato solido operativo, un componente chiave necessario per facilitare lo stoccaggio e la scarica di energia nei dispositivi elettronici.

"Poiché possiamo scegliere liberamente i materiali inorganici o le resine per la polimerizzazione, ipotizziamo che questa tecnica possa essere applicata a vari tipi di dispositivi di conversione dell'energia quasi allo stato solido, "Ho detto.

"Rispetto alle tecniche di fabbricazione convenzionali, la capacità di stampare in 3D tali dispositivi apre nuove possibilità per i dispositivi a conduzione protonica, come forme che possono essere regolate per adattarsi ai dispositivi che alimentano o che possono essere adattate alle esigenze personali di un paziente che indossa un dispositivo medico intelligente, "Ho detto.

Il team prevede di migliorare le formule dell'inchiostro con l'obiettivo di stampare completamente in 3D dispositivi di accumulo di energia con forme più complesse e cercare partner industriali che potrebbero essere interessati ad applicare questa tecnica o altre possibilità per commercializzarla.