Les ingénieurs de l'UNSW ont développé un processus pour imprimer des électrolytes polymères à l'état solide dans n'importe quelle forme souhaitée pour une utilisation dans le stockage d'énergie.

L'équipe de recherche de l'École de génie chimique dirigée par le professeur Cyrille Boyer, y compris le Dr Nathaniel Corrigan et Kenny Lee, affirme que le processus d'impression 3D d'un tel matériau pourrait être particulièrement utile dans les futurs dispositifs médicaux où le petit stockage d'énergie de conception complexe offre un certain nombre d'avantages.

Les électrolytes à semi-conducteurs sont un composant clé des batteries à semi-conducteurs, bien qu'ils aient traditionnellement souffert de mauvaises performances en raison de faibles conductivités ioniques ou de mauvaises propriétés mécaniques.

Cependant, dans un article publié dans Advanced Materials , l'équipe de l'UNSW rapporte que son électrolyte polymère solide (SPE) imprimé en 3D offre une conductivité élevée, ainsi qu'une résistance robuste.

Cela signifie que les électrolytes à l'état solide peuvent potentiellement être utilisés comme structure réelle d'un appareil, créant ainsi une gamme d'opportunités de conception imaginables, en particulier pour les futurs produits médicaux.

"Personne n'avait auparavant d'électrolytes polymères solides imprimés en 3D. Traditionnellement, ils étaient fabriqués à l'aide d'un moule, mais les processus précédents n'offraient pas la possibilité de contrôler la résistance du matériau ou de lui donner des formes complexes", explique Kenny Lee.

"Avec les électrolytes à l'état solide existants, lorsque vous augmentez la résistance mécanique du matériau, vous sacrifiez une grande partie de la conductivité. Si vous voulez une conductivité plus élevée, le matériau est beaucoup moins robuste. Ce que nous avons obtenu est une combinaison simultanée des deux, qui peut être imprimé en 3D dans des géométries sophistiquées.

"Cet électrolyte polymère a le potentiel d'être un matériau de stockage d'énergie porteur. En raison de sa résistance, il pourrait être utilisé comme structure réelle de petits appareils électroniques, ou dans des applications aérospatiales, ou dans de petits dispositifs médicaux personnels compte tenu de notre processus d'impression 3D. peut être très complexe et précis.

"Nous pouvons créer de très petites structures avec le type de systèmes que nous utilisons. Il a donc une application fantastique dans la nanotechnologie et partout où vous avez besoin de concevoir un stockage d'énergie à une échelle micro."

Augmentation de la stabilité du cyclisme

Bien que l'électrolyte polymère solide développé par l'équipe de l'UNSW soit considéré comme un matériau haute performance, les chercheurs affirment qu'il peut être fabriqué à l'aide d'imprimantes 3D peu coûteuses et disponibles dans le commerce, plutôt qu'avec des équipements d'ingénierie sophistiqués.

Le SPE décrit dans l'article est composé de canaux conducteurs d'ions à l'échelle nanométrique intégrés dans une matrice polymère réticulée rigide. Il est produit via un processus connu sous le nom de séparation de microphase induite par polymérisation (PIMS).

To showcase the versatility of the material, the researchers 3D printed an intricate map of Australia which was then tested as an energy storage device.

"One of the other benefits of this SPE in energy storage devices is the fact it increases the cycling stability—that is the number of charging and discharging cycles until its capacity is reduced to a certain amount," says Dr. Corrigan.

"In our paper, we show that this material is very stable and has the ability to charge and discharge over thousands of cycles. After 3,000 cycles there was only roughly a 10% drop."

The researchers say 3D printing also reduces wastage compared to other traditional forms of manufacturing and reduces costs since the same machine can be used to produce a variety of differently shaped materials.

In future, they say product designers could utilize their SPE to create items with a much higher energy storage density.

"Imagine an earpod predominantly made out of this material, which is also acting as the battery. The storage density will be much higher and the power would therefore last longer," says Professor Boyer.

"We really hope to be able to push forward in terms of commercialization because we've created some really incredible materials and processes." + Explorer plus loin

New path for next-generation polymer-based battery design