Les principaux composants pour la synthèse de nanoencre fonctionnalisée dont l'impression. Crédit :Université du Tohoku
L'avènement et la disponibilité accrue de l'impression 3D conduisent à des pièces plus personnalisables à moindre coût dans un large éventail d'applications, des appareils intelligents portables aux véhicules autonomes. Maintenant, une équipe de recherche basée à l'université du Tohoku a imprimé en 3D la première membrane échangeuse de protons, un composant critique des batteries, condensateurs électrochimiques et piles à combustible. La réalisation rapproche également la possibilité de dispositifs énergétiques à semi-conducteurs personnalisés de la réalité, selon les chercheurs.
Les résultats ont été publiés dans ACS Matériaux énergétiques appliqués , un journal de l'American Chemical Society.
"Les dispositifs de stockage d'énergie dont les formes peuvent être adaptées permettent des possibilités entièrement nouvelles pour les applications liées, par exemple, à smart wearable, dispositifs médicaux électroniques, et les appareils électroniques tels que les drones, " dit Kazuyuki Iwase, auteur de l'article et professeur adjoint dans le groupe du professeur Itaru Honma à l'Institut de recherche multidisciplinaire pour les matériaux avancés de l'Université de Tohoku. "L'impression 3D est une technologie qui permet la réalisation de telles structures à la demande."
La fabrication actuelle d'impression 3D se concentre sur les pièces structurelles contribuant à la fonction d'un produit final, plutôt que d'imprégner les pièces de leur propre fonction.
"Toutefois, L'impression 3D de dispositifs de stockage d'énergie nécessite des encres fonctionnelles, " a déclaré Iwase. " Nous avons développé un processus de fabrication et synthétisé des nano-encres fonctionnalisées qui permettent la réalisation de dispositifs de stockage d'énergie quasi-solides basés sur l'impression 3D. "
Un aperçu du processus de fabrication et une photographie d'un condensateur électrochimique quasi-solide. Crédit :Université du Tohoku
L'équipe a mélangé des nanoparticules de silice inorganique avec des résines photodurcissables et un liquide capable de conduire des protons, avec une grande attention portée à la viscosité de l'encre résultante. Études précédentes, les chercheurs ont dit, ont abouti à des encres qui ne pouvaient pas être imprimées en 3D. En mélangeant les proportions des ingrédients, les chercheurs ont développé des encres qui pourraient être utilisées dans une imprimante 3D de distribution et conserver leurs propriétés même après durcissement par irradiation ultraviolette. Pour tester les propriétés, les chercheurs ont assemblé une membrane imprimée entre deux électrodes à électrons de carbone pour fabriquer un condensateur électrochimique quasi-solide opérationnel, un composant clé nécessaire pour faciliter le stockage et la décharge d'énergie dans les appareils électroniques.
"Comme nous pouvons choisir librement les matériaux inorganiques ou les résines pour le durcissement, nous émettons l'hypothèse que cette technique peut être appliquée à divers types de dispositifs de conversion d'énergie quasi-solide, " J'ai dit.
Un exemple de comportement de charge-décharge du condensateur. Crédit :Université du Tohoku
« Par rapport aux techniques de fabrication conventionnelles, la possibilité d'imprimer en 3D de tels dispositifs ouvre de nouvelles possibilités pour les dispositifs conducteurs de protons, telles que des formes qui peuvent être ajustées pour s'adapter aux appareils qu'elles alimentent ou qui peuvent être adaptées aux besoins personnels d'un patient portant un dispositif médical intelligent, " J'ai dit.
L'équipe prévoit d'améliorer les formules d'encre dans le but d'imprimer entièrement en 3D des dispositifs de stockage d'énergie avec des formes plus complexes et de rechercher des partenaires industriels qui pourraient être intéressés par l'application de cette technique ou d'autres possibilités pour la commercialiser.
