Voitures qui vont plus de 1, 000 miles sur un seul plein et des smartphones qui peuvent fonctionner pendant des jours sans recharger sont parmi les possibilités qui pourraient découler d'un nouveau projet de recherche de l'Université de Clemson qui associe l'impression 3D et le traitement laser.

Jianhua "Joshua" Tong et son équipe travaillent sur une nouvelle technique d'impression 3D impliquant un traitement laser rapide pour créer des "empilements d'électrolyseurs en céramique protonique" qui convertissent l'électricité en hydrogène comme moyen de stockage d'énergie.

Les électrolyseurs pourraient avoir plusieurs usages, y compris comme source de carburant dans les voitures ou pour stocker l'énergie produite à partir de l'énergie solaire et éolienne.

La nouvelle technique d'impression laser 3-D réduirait le coût et le temps de fabrication d'électrolyseurs hautement compactés, dit Tong. Ce faisant, cela pourrait non seulement réduire de moitié le coût de production d'hydrogène, mais également réduire la taille de l'appareil d'un ordre de grandeur, il a dit.

Tong, professeur agrégé de science et génie des matériaux, dirige la recherche avec 1,6 million de dollars de l'Office of Energy Efficiency and Renewable Energy du département américain de l'Énergie.

« Notre succès signifie que nous pouvons fournir des produits durables, énergie propre, " dit Tong. " C'est la partie fantastique. Nous faisons passer l'impression 3D au niveau supérieur."

Si les chercheurs réussissent avec les électrolyseurs, la même technique pourrait être appliquée à l'impression 3D d'autres types de produits céramiques, y compris les batteries et les cellules solaires, dit Tong. La technique pourrait, par exemple, conduire à des batteries à haute densité qui permettent aux smartphones de maintenir une charge pendant des jours à la fois, il a dit.

Le projet de Tong est le dernier d'un corpus croissant de recherches visant à utiliser l'impression 3D pour changer la façon dont les produits sont fabriqués. En impression 3D, les produits sont conçus sur ordinateur puis imprimés couche par couche, les couches s'empilant les unes sur les autres pour créer le produit.

Les imprimantes 3D micro-ondes que l'on trouve souvent dans les salles de classe du secondaire impriment avec du plastique. L'un des grands défis de la fabrication de pointe est de trouver comment imprimer de manière rentable avec d'autres types de matériaux.

Pour Tong, l'accent est mis sur la céramique.

Lorsqu'il est fabriqué de manière conventionnelle, les céramiques doivent être frittées dans un four à haute température, souvent pendant plusieurs heures. Différents types de céramiques doivent être frittés à différentes températures.

Un électrolyseur nécessite quatre types différents de céramiques, faire du frittage un défi.

Dans le projet de Tong, une imprimante 3D dépose une couche de céramique, et un laser le fritte en même temps, éliminant le besoin du four.

La technique permettrait à l'utilisateur d'imprimer en 3D un électrolyseur composé de quatre types différents de céramiques sans utiliser de four. Ce serait similaire à faire un gâteau avec plusieurs couches et avoir une saveur différente pour chaque couche.

La technique pourrait ouvrir l'impression 3D à de nouveaux produits et à tous les avantages qui en découlent. Par exemple, une conception pour la pile à combustible d'une voiture pourrait être envoyée par courrier électronique à une usine à des milliers de kilomètres, et il pourrait être imprimé en quelques heures plutôt que d'attendre des jours pour la livraison, dit Tong.

Le projet rassemble quatre membres du corps professoral du département de science et génie des matériaux de Clemson. Tong est le chercheur principal du projet, tandis que Hai Xiao, Kyle Brinkman et Fei Peng sont co-enquêteurs principaux.

Rajendra Bordia, président du département, a déclaré que la recherche améliore les efforts de Clemson pour aider à créer des moyens plus durables de convertir l'énergie.

« Le Département de science et d'ingénierie des matériaux est particulièrement bien placé pour jouer un rôle de premier plan dans l'utilisation de l'électrolyse pour créer de l'énergie pour le transport à partir de sources renouvelables, " a-t-il déclaré. " L'équipe travaillant sur ce projet représente une expertise de classe mondiale dans des domaines pertinents, y compris les matériaux céramiques et les dispositifs de conversion d'énergie, traitement laser, fabrication additive et traitement de la céramique."

Anand Gramopadhye, doyen de la faculté d'ingénierie, Informatique et Sciences Appliquées, a déclaré que le projet s'appuie sur l'excellence de Clemson dans la recherche de fabrication de pointe.

"Le montant de la récompense témoigne des idées innovantes et des meilleurs talents qui se lancent dans la recherche, " a déclaré Gramopadhye. "Je félicite le Dr Tong et son équipe pour la subvention."