I ricercatori dell'UNSW Sydney hanno utilizzato una stampante 3D standard per produrre una mappa intricata dell'Australia fatta di elettrolita polimerico solido che è stata poi testata come dispositivo di accumulo di energia. Credito:Dr Nathaniel Corrigan
Gli ingegneri dell'UNSW hanno sviluppato un processo per stampare elettroliti polimerici allo stato solido in qualsiasi forma desiderata per l'uso nell'accumulo di energia.
Il team di ricerca della School of Chemical Engineering guidato dal professor Cyrille Boyer, tra cui il dottor Nathaniel Corrigan e Kenny Lee, afferma che il processo di stampa 3D di tale materiale potrebbe essere particolarmente utile nei futuri dispositivi medici in cui un piccolo accumulo di energia dal design intricato offre un numero di vantaggi.
Gli elettroliti allo stato solido sono un componente chiave nelle batterie allo stato solido, anche se tradizionalmente hanno sofferto di scarse prestazioni a causa delle basse conducibilità ioniche o delle scarse proprietà meccaniche.
Tuttavia, in un documento pubblicato in Materiali avanzati , il team dell'UNSW riferisce che il loro elettrolita polimerico solido (SPE) stampato in 3D offre un'elevata conduttività e una robustezza robusta.
Ciò significa che gli elettroliti allo stato solido possono essere potenzialmente utilizzati come la struttura effettiva di un dispositivo, creando una gamma di possibilità di progettazione immaginabili, in particolare per i futuri prodotti medici.
"Nessuno ha mai stampato in 3D elettroliti polimerici solidi. Tradizionalmente sono stati realizzati utilizzando uno stampo, ma i processi precedenti non offrivano la capacità di controllare la resistenza del materiale o di modellarlo in forme complesse", afferma Kenny Lee.
"Con gli elettroliti a stato solido esistenti, quando si aumenta la resistenza meccanica del materiale, si sacrifica molta della conducibilità. Se si desidera una conduttività maggiore, il materiale è molto meno robusto. Quello che abbiamo ottenuto è una combinazione simultanea di entrambi, che può essere stampato in 3D in geometrie sofisticate.
"Questo elettrolita polimerico ha il potenziale per essere un materiale di accumulo di energia portante. Grazie alla sua forza, potrebbe essere utilizzato come struttura reale di piccoli dispositivi elettronici, o in applicazioni aerospaziali, o in piccoli dispositivi medici personali dato il nostro processo di stampa 3D può essere molto intricato e preciso.
"Possiamo creare strutture davvero minuscole con il tipo di sistemi che stiamo utilizzando. Quindi ha una fantastica applicazione nella nanotecnologia e ovunque sia necessario progettare l'accumulo di energia su scala micro."
Maggiore stabilità in bicicletta
Sebbene l'elettrolita polimerico solido sviluppato dal team dell'UNSW sia considerato un materiale ad alte prestazioni, i ricercatori affermano che può essere prodotto utilizzando stampanti 3D economiche e disponibili in commercio, piuttosto che sofisticate apparecchiature ingegneristiche.
La SPE descritta nel documento è composta da canali di conduzione ionica su scala nanometrica incorporati in una matrice polimerica rigida reticolata. Viene prodotto tramite un processo noto come separazione in microfase indotta da polimerizzazione (PIMS).
Per mostrare la versatilità del materiale, i ricercatori hanno stampato in 3D un'intricata mappa dell'Australia che è stata poi testata come dispositivo di accumulo di energia.
"Uno degli altri vantaggi di questo SPE nei dispositivi di accumulo di energia è il fatto che aumenta la stabilità del ciclo, ovvero il numero di cicli di carica e scarica fino a quando la sua capacità non viene ridotta a un determinato importo", afferma il dott. Corrigan.
"Nel nostro articolo, dimostriamo che questo materiale è molto stabile e ha la capacità di caricarsi e scaricarsi per migliaia di cicli. Dopo 3.000 cicli c'è stato solo un calo del 10% circa."
I ricercatori affermano che la stampa 3D riduce anche gli sprechi rispetto ad altre forme tradizionali di produzione e riduce i costi poiché la stessa macchina può essere utilizzata per produrre una varietà di materiali di forma diversa.
In futuro, affermano che i designer di prodotti potrebbero utilizzare la loro SPE per creare articoli con una densità di accumulo di energia molto più elevata.
"Immagina un auricolare realizzato principalmente con questo materiale, che funge anche da batteria. La densità di accumulo sarà molto più alta e la potenza durerà quindi più a lungo", afferma il professor Boyer.
"Speriamo davvero di essere in grado di andare avanti in termini di commercializzazione perché abbiamo creato materiali e processi davvero incredibili". + Esplora ulteriormente
