Coches que van más de 1, 000 millas en un solo llenado y teléfonos inteligentes que pueden funcionar durante días sin recargarse se encuentran entre las posibilidades que podrían surgir de un nuevo proyecto de investigación de la Universidad de Clemson que reúne la impresión 3D y el procesamiento láser.

Jianhua "Joshua" Tong y su equipo están trabajando en una nueva técnica de impresión 3-D que involucra un procesamiento láser rápido para crear "pilas de electrolizadores de cerámica protónica" que convierten la electricidad en hidrógeno como una forma de almacenar energía.

Los electrolizadores pueden tener varios usos, incluso como fuente de combustible en automóviles o para almacenar energía generada a partir de energía solar y eólica.

La nueva técnica de impresión láser 3-D reduciría el costo y el tiempo de fabricación de electrolizadores altamente compactados. Dijo Tong. Al hacerlo, No solo podría reducir el costo de producción de hidrógeno a la mitad, sino también disminuir el tamaño del dispositivo en un orden de magnitud, él dijo.

Pinza un profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales, lidera la investigación con $ 1.6 millones de la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable del Departamento de Energía de EE. UU.

"Nuestro éxito significará que podemos ofrecer energia limpia, "Dijo Tong." Esa es la parte fantástica. Estamos llevando la impresión 3D al siguiente nivel ".

Si los investigadores tienen éxito con los electrolizadores, la misma técnica podría aplicarse a la impresión 3D de otros tipos de productos cerámicos, incluyendo baterías y células solares, Dijo Tong. La técnica podría, por ejemplo, conducen a baterías de alta densidad que permiten que los teléfonos inteligentes mantengan una carga durante días a la vez, él dijo.

El proyecto de Tong es el último de un creciente cuerpo de investigación destinado a utilizar la impresión 3-D para cambiar la forma en que se fabrican los productos. En impresión 3D, Los productos se diseñan en una computadora y luego se imprimen una capa a la vez, las capas se apilan una encima de la otra para crear el producto.

Las impresoras 3-D del tamaño de microondas que se encuentran a menudo en las aulas de las escuelas secundarias imprimen con plástico. Uno de los grandes desafíos en la fabricación avanzada es descubrir cómo imprimir de forma rentable con otros tipos de materiales.

Para Tong, la atención se centra en la cerámica.

Cuando se hace de forma convencional, las cerámicas deben sinterizarse en un horno a altas temperaturas, a menudo durante varias horas. Los diferentes tipos de cerámica deben sinterizarse a diferentes temperaturas.

Un electrolizador requiere cuatro tipos diferentes de cerámica, haciendo de la sinterización un desafío.

En el proyecto de Tong, una impresora 3-D coloca una capa de cerámica, y un láser lo sinteriza al mismo tiempo, eliminando la necesidad del horno.

La técnica permitiría al usuario imprimir en 3D un electrolizador hecho de cuatro tipos diferentes de cerámica sin utilizar un horno. Sería similar a hacer un pastel con muchas capas y tener un sabor diferente para cada capa.

La técnica podría abrir la impresión 3D a nuevos productos y todas las ventajas que conlleva. Por ejemplo, un diseño para la pila de pilas de combustible de un automóvil podría enviarse por correo electrónico a una fábrica a miles de millas de distancia, y podría imprimirse en unas horas en lugar de esperar días para la entrega, Dijo Tong.

El proyecto reúne a cuatro miembros de la facultad del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Clemson. Tong actúa como investigador principal del proyecto, mientras que Hai Xiao, Kyle Brinkman y Fei Peng son co-investigadores principales.

Rajendra Bordia, presidente del departamento, dijo que la investigación mejora los esfuerzos de Clemson para ayudar a crear formas más sostenibles de convertir energía.

"El Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales está en una posición única para desempeñar un papel de liderazgo en el uso de la electrólisis para crear energía para el transporte a partir de fuentes renovables, ", dijo." El equipo que trabaja en este proyecto representa una experiencia de clase mundial en áreas relevantes, incluidos los materiales cerámicos y los dispositivos para la conversión de energía, procesamiento láser, fabricación aditiva y procesamiento cerámico ".

Anand Gramopadhye, decano de la Facultad de Ingeniería, Computación y Ciencias Aplicadas, dijo que el proyecto se basa en la excelencia de Clemson en investigación de fabricación avanzada.

"El monto del premio es un testimonio de las ideas innovadoras y los mejores talentos que se dedican a la investigación, ", Dijo Gramopadhye." Felicito al Dr. Tong y su equipo por la subvención ".