新南威爾士大學(xué)的工程師已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種工藝，可以將固態(tài)聚合物電解質(zhì)打印成任何形狀以用于儲(chǔ)能。由CyrilleBoyer教授領(lǐng)導(dǎo)的化學(xué)工程學(xué)院的研究小組，包括NathanielCorrigan博士和KennyLee博士說(shuō)，這種材料的3D打印過(guò)程可能在未來(lái)的醫(yī)療設(shè)備中特別有用，因?yàn)樾⌒汀?fù)雜設(shè)計(jì)的能量存儲(chǔ)可以提供許多的好處。

固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)電池的關(guān)鍵組成部分，盡管傳統(tǒng)上它們由于離子電導(dǎo)率低或機(jī)械性能差而表現(xiàn)不佳。

然而，在AdvancedMaterials上發(fā)表的一篇論文中，來(lái)自新南威爾士大學(xué)的團(tuán)隊(duì)報(bào)告說(shuō)，他們的3D打印固體聚合物電解質(zhì)(SPE)具有高導(dǎo)電性和強(qiáng)大的強(qiáng)度。

這意味著固態(tài)電解質(zhì)可以潛在地用作設(shè)備的實(shí)際結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造一系列可以想象的設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)，特別是對(duì)于未來(lái)的醫(yī)療產(chǎn)品。

“以前沒(méi)有人使用過(guò)3D打印固體聚合物電解質(zhì)。傳統(tǒng)上它們是使用模具制造的，但以前的工藝無(wú)法控制材料的強(qiáng)度或?qū)⑵渲瞥蓮?fù)雜的形狀，”KennyLee說(shuō)。

“使用現(xiàn)有的固態(tài)電解質(zhì)，當(dāng)你增加材料的機(jī)械強(qiáng)度時(shí)，你會(huì)犧牲很多電導(dǎo)率。如果你想要更高的電導(dǎo)率，材料的堅(jiān)固性就會(huì)大大降低。我們所取得的成果是兩者的同時(shí)結(jié)合，這可以被3D打印成復(fù)雜的幾何形狀。

“這種聚合物電解質(zhì)有可能成為一種承重儲(chǔ)能材料。鑒于我們的3D打印工藝，由于它的強(qiáng)度，它可以用作小型電子產(chǎn)品的實(shí)際結(jié)構(gòu)，或用于航空航天應(yīng)用，或用于小型個(gè)人醫(yī)療設(shè)備可以非常復(fù)雜和精確。

“我們可以使用我們正在使用的系統(tǒng)創(chuàng)建非常小的結(jié)構(gòu)。因此它在納米技術(shù)和任何你需要設(shè)計(jì)微尺度能量存儲(chǔ)的地方都有很好的應(yīng)用。”

提高循環(huán)穩(wěn)定性

盡管新南威爾士大學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的固體聚合物電解質(zhì)被認(rèn)為是一種高性能材料，但研究人員表示，它可以使用廉價(jià)且市售的3D打印機(jī)制造，而不是復(fù)雜的工程設(shè)備。

論文中描述的SPE由嵌入剛性交聯(lián)聚合物基質(zhì)中的納米級(jí)離子傳導(dǎo)通道組成。它是通過(guò)稱為聚合誘導(dǎo)微相分離(PIMS)的過(guò)程生產(chǎn)的。

為了展示這種材料的多功能性，研究人員3D打印了一張復(fù)雜的澳大利亞地圖，然后將其作為儲(chǔ)能裝置進(jìn)行了測(cè)試。

“這種SPE在儲(chǔ)能設(shè)備中的其他好處之一是它提高了循環(huán)穩(wěn)定性——即充電和放電循環(huán)的次數(shù)，直到其容量降低到一定數(shù)量，”Corrigan博士說(shuō)。

“在我們的論文中，我們表明這種材料非常穩(wěn)定，能夠在數(shù)千次循環(huán)中充電和放電。在3,000次循環(huán)后，只有大約10%的下降。”

研究人員表示，與其他傳統(tǒng)制造形式相比，3D打印還減少了浪費(fèi)并降低了成本，因?yàn)橥慌_(tái)機(jī)器可用于生產(chǎn)各種不同形狀的材料。

他們說(shuō)，未來(lái)產(chǎn)品設(shè)計(jì)師可以利用他們的SPE來(lái)創(chuàng)造具有更高能量存儲(chǔ)密度的產(chǎn)品。

“想象一個(gè)主要由這種材料制成的耳塞，它也充當(dāng)電池。存儲(chǔ)密度會(huì)更高，因此功率會(huì)持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間，”博耶教授說(shuō)。

“我們真的希望能夠在商業(yè)化方面取得進(jìn)展，因?yàn)槲覀儎?chuàng)造了一些非常令人難以置信的材料和工藝。”

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