新的3D打印工艺提供了新颖的储能设计选项

新南威尔士大学的工程师已经开发出一种工艺，可以将固态聚合物电解质打印成任何形状以用于储能。由CyrilleBoyer教授领导的化学工程学院的研究小组，包括NathanielCorrigan博士和KennyLee博士说，这种材料的3D打印过程可能在未来的医疗设备中特别有用，因为小型、复杂设计的能量存储可以提供许多的好处。

固态电解质是固态电池的关键组成部分，尽管传统上它们由于离子电导率低或机械性能差而表现不佳。

然而，在AdvancedMaterials上发表的一篇论文中，来自新南威尔士大学的团队报告说，他们的3D打印固体聚合物电解质(SPE)具有高导电性和强大的强度。

这意味着固态电解质可以潜在地用作设备的实际结构，创造一系列可以想象的设计机会，特别是对于未来的医疗产品。

“以前没有人使用过3D打印固体聚合物电解质。传统上它们是使用模具制造的，但以前的工艺无法控制材料的强度或将其制成复杂的形状，”KennyLee说。

“使用现有的固态电解质，当你增加材料的机械强度时，你会牺牲很多电导率。如果你想要更高的电导率，材料的坚固性就会大大降低。我们所取得的成果是两者的同时结合，这可以被3D打印成复杂的几何形状。

“这种聚合物电解质有可能成为一种承重储能材料。鉴于我们的3D打印工艺，由于它的强度，它可以用作小型电子产品的实际结构，或用于航空航天应用，或用于小型个人医疗设备可以非常复杂和精确。

“我们可以使用我们正在使用的系统创建非常小的结构。因此它在纳米技术和任何你需要设计微尺度能量存储的地方都有很好的应用。”

提高循环稳定性

尽管新南威尔士大学团队开发的固体聚合物电解质被认为是一种高性能材料，但研究人员表示，它可以使用廉价且市售的3D打印机制造，而不是复杂的工程设备。

论文中描述的SPE由嵌入刚性交联聚合物基质中的纳米级离子传导通道组成。它是通过称为聚合诱导微相分离(PIMS)的过程生产的。

为了展示这种材料的多功能性，研究人员3D打印了一张复杂的澳大利亚地图，然后将其作为储能装置进行了测试。

“这种SPE在储能设备中的其他好处之一是它提高了循环稳定性——即充电和放电循环的次数，直到其容量降低到一定数量，”Corrigan博士说。

“在我们的论文中，我们表明这种材料非常稳定，能够在数千次循环中充电和放电。在3,000次循环后，只有大约10%的下降。”

研究人员表示，与其他传统制造形式相比，3D打印还减少了浪费并降低了成本，因为同一台机器可用于生产各种不同形状的材料。

他们说，未来产品设计师可以利用他们的SPE来创造具有更高能量存储密度的产品。

“想象一个主要由这种材料制成的耳塞，它也充当电池。存储密度会更高，因此功率会持续更长时间，”博耶教授说。

“我们真的希望能够在商业化方面取得进展，因为我们创造了一些非常令人难以置信的材料和工艺。”

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