Los ingenieros de UNSW han desarrollado un proceso para imprimir electrolitos de polímeros de estado sólido en 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, incluidos el Dr. Nathaniel Corrigan y Kenny Lee, dice que el proceso de impresión 3D de dicho material podría ser particularmente útil en futuros dispositivos médicos donde el almacenamiento de energía pequeño y de diseño intrincado ofrece un número de beneficios.

Los electrolitos de estado sólido son un componente clave en las baterías de estado sólido, aunque tradicionalmente han tenido un rendimiento deficiente debido a las bajas conductividades iónicas o las malas propiedades mecánicas.

Sin embargo, en un artículo publicado en Advanced Materials , el equipo de UNSW informa que su electrolito de polímero sólido (SPE) impreso en 3D ofrece una alta conductividad, así como una gran resistencia.

Esto significa que los electrolitos de estado sólido se pueden usar potencialmente como la estructura real de un dispositivo, creando una variedad de oportunidades de diseño concebibles, particularmente para futuros productos médicos.

"Nadie había impreso antes electrolitos poliméricos sólidos en 3D. Tradicionalmente, se fabricaban con un molde, pero los procesos anteriores no ofrecían la capacidad de controlar la resistencia del material o de darle formas complejas", dice Kenny Lee.

"Con los electrolitos de estado sólido existentes, cuando aumenta la resistencia mecánica del material, sacrifica gran parte de la conductividad. Si desea una mayor conductividad, el material es mucho menos robusto. Lo que hemos logrado es una combinación simultánea de ambos, que puede imprimirse en 3D en geometrías sofisticadas.

"Este electrolito de polímero tiene el potencial de ser un material de almacenamiento de energía de carga. Debido a su fuerza, podría usarse como la estructura real de pequeños dispositivos electrónicos, o en aplicaciones aeroespaciales, o en pequeños dispositivos médicos personales dado nuestro proceso de impresión 3D puede ser muy complejo y preciso.

"Podemos crear estructuras realmente diminutas con el tipo de sistemas que estamos usando. Por lo tanto, tiene una aplicación fantástica en nanotecnología y en cualquier lugar donde necesite diseñar almacenamiento de energía a nivel de microescala".

Mayor estabilidad ciclista

Aunque el electrolito de polímero sólido desarrollado por el equipo de la UNSW se considera un material de alto rendimiento, los investigadores afirman que se puede fabricar con impresoras 3D económicas y disponibles comercialmente, en lugar de equipos de ingeniería sofisticados.

El SPE descrito en el documento está compuesto por canales conductores de iones a nanoescala incrustados en una matriz rígida de polímero reticulado. Se produce a través de un proceso conocido como separación de microfases inducida por polimerización (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." + Explora más

New path for next-generation polymer-based battery design