Los ingenieros de la UNSW han desarrollado un proceso para imprimir electrolitos poliméricos en estado sólido con cualquier forma deseada para su uso en el almacenamiento de energía.
El equipo de investigación de la Escuela de Ingeniería Química -dirigido por el profesor Cyrille Boyer e integrado por los doctores Nathaniel Corrigan y Kenny Lee- afirma que el proceso de impresión en 3D de este material podría ser especialmente útil en futuros dispositivos médicos en los que el almacenamiento de energía de pequeño tamaño y diseño intrincado ofrece una serie de ventajas.
Los electrolitos de estado sólido son un componente clave en las baterías de estado sólido, aunque tradicionalmente han adolecido de un bajo rendimiento debido a sus bajas conductividades iónicas o a sus escasas propiedades mecánicas.
Sin embargo, en un artículo publicado en Advanced Materials, el equipo de la UNSW informa de que su electrolito de polímero sólido (SPE) impreso en 3D ofrece una alta conductividad, así como una sólida resistencia.
Esto significa que los electrolitos de estado sólido pueden utilizarse potencialmente como la estructura real de un dispositivo, creando una gama de oportunidades de diseño concebibles, en particular para futuros productos médicos.
“Nadie había imprimido antes electrolitos poliméricos sólidos en 3D. Tradicionalmente se han fabricado con un molde, pero los procesos anteriores no ofrecían la posibilidad de controlar la resistencia del material ni de darle formas complejas”, afirma Kenny Lee.
“Con los electrolitos de estado sólido existentes, cuando se aumenta la resistencia mecánica del material, se sacrifica gran parte de la conductividad. Si se quiere una mayor conductividad, el material es mucho menos robusto. Lo que hemos conseguido es una combinación simultánea de ambas, que puede imprimirse en 3D en geometrías sofisticadas”.
“Este electrolito polimérico tiene el potencial de ser un material de almacenamiento de energía con carga. Debido a su resistencia, podría utilizarse como estructura real de pequeños aparatos electrónicos, o en aplicaciones aeroespaciales, o en pequeños dispositivos médicos personales, dado que nuestro proceso de impresión en 3D puede ser muy intrincado y preciso.
“Podemos crear estructuras realmente diminutas con el tipo de sistemas que estamos utilizando. Así que tiene una aplicación fantástica en la nanotecnología y en cualquier lugar en el que se necesite diseñar el almacenamiento de energía a microescala”.
Mayor estabilidad de los ciclos
Aunque el electrolito de polímero sólido desarrollado por el equipo de la UNSW se considera un material de alto rendimiento, los investigadores afirman que puede fabricarse con impresoras 3D baratas y disponibles en el mercado, en lugar de con sofisticados equipos de ingeniería.
El SPE descrito en el artículo se compone de canales conductores de iones a escala nanométrica incrustados en una matriz polimérica reticulada rígida. Se produce mediante un proceso conocido como separación de microfases inducida por polimerización (PIMS).
Para mostrar la versatilidad del material, los investigadores imprimieron en 3D un intrincado mapa de Australia que luego se probó como dispositivo de almacenamiento de energía.
“Otra de las ventajas de esta PIMS en los dispositivos de almacenamiento de energía es el hecho de que aumenta la estabilidad de los ciclos, es decir, el número de ciclos de carga y descarga hasta que su capacidad se reduce a una determinada cantidad”, afirma el Dr. Corrigan.
“En nuestro trabajo, demostramos que este material es muy estable y tiene la capacidad de cargarse y descargarse durante miles de ciclos. Después de 3.000 ciclos sólo había una caída de aproximadamente el 10%”.
Los investigadores afirman que la impresión en 3D también reduce el desperdicio en comparación con otras formas tradicionales de fabricación y reduce los costes, ya que la misma máquina puede utilizarse para producir una variedad de materiales con formas diferentes.
En el futuro, dicen que los diseñadores de productos podrían utilizar su SPE para crear artículos con una densidad de almacenamiento de energía mucho mayor.
“Imaginemos un auricular hecho predominantemente de este material, que también actúa como batería. La densidad de almacenamiento será mucho mayor y, por tanto, la energía duraría más”, dice el profesor Boyer.
“Realmente esperamos poder avanzar en términos de comercialización porque hemos creado unos materiales y procesos realmente increíbles”.
Noticia tomada de: Phys / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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