Batteria stampata in 3D quasi a stato solido con stabilità e densità migliorate

La stampa 3D è continuamente associata all’industria energetica, dalle turbine eoliche alle celle a combustibile e una varietà di diversi involucri per batterie. Ora, i ricercatori di Singapore e della Cina stanno esplorando modi per stampare in 3D strutture uniche come elettrodi stampati in 3D indipendenti, con una varietà di diversi design strutturali.

Descrivendo i dettagli del loro studio nella ” Batteria al nickel-ferro quasi solido allo stato solido stampata in 3D ” , gli autori (guidati da Hui Ying Yang dell’Università di Tecnologia e Design di Singapore ) condividono di più sull’innovativo design che intende fornire densità ad alta energia e stabilità migliorata – con 10.000 cicli di ricarica-ricarica.

Mentre le innovazioni nel settore della stampa 3D continuano a emergere a un ritmo accelerato a causa delle esigenze degli utenti e del loro impressionante rifiuto di accettare limitazioni all’interno di hardware, software e materiali, si stanno compiendo progressi per migliorare lo stoccaggio di energia tramite batterie. In questo ultimo studio, la stampa 3D è stata utilizzata per la prototipazione rapida di elettrodi per batterie con una gamma di forme diverse, con strati e motivi diversi.

Mentre l’uso di scaglie di ossido di grafene (GO) è stato comune a causa della dispersione stabile e delle proprietà meccaniche regolabili, sono necessari numerosi additivi per raggiungere un adeguato livello di viscosità. I ricercatori hanno continuato a esplorare materiali GO ridotti per creare “strutture ultraleggere”, che possono essere facilmente compresse e conduttive.

Per questo studio, gli autori hanno usato una combinazione di fiocchi GO con nanotubi di carbonio, immergendo i reticoli stampati in 3D in ammoniaca e solfato di nichel, ottenendo 2 nanofili di Ni (OH) sulla superficie; tuttavia, sperimentando nitrato di ferro e cloruro di ferro sui reticoli, hanno scoperto la comparsa di array di nanorod αFe 2 O 3 porosi.

Alla fine, quando Yang e gli altri ricercatori avanzarono nello studio, furono in grado di produrre una batteria a stato quasi solido, ottimizzata per le dimensioni appropriate e l’opzione di liquido acquoso o gel di polimero idrossido di potassio per un elettrolita. Con quattro dispositivi collegati tra loro in successione, sono stati in grado di illuminare con successo un LED blu, dimostrando che la batteria era funzionante.

La batteria offriva le seguenti caratteristiche uniche:

Compressione del 60 percento
Eccellente stabilità in bicicletta (~ 91,3% di ritenzione della capacità dopo 10.000 cicli di carica-scarica)
Altissima densità di energia (28,1 mWh cm -3 a una potenza di 10,6 mW cm -3 )
“Il nostro lavoro apre un nuovo metodo per produrre dispositivi di accumulo dell’energia tolleranti alla compressione, che dovrebbero avere applicazioni promettenti nell’elettronica estensibile / indossabile di nuova generazione”, hanno concluso gli autori.

“Successivamente, studieremo ulteriormente le batterie ricaricabili acquose stampate in 3D con elevata densità di energia e piattaforme ad alta scarica, come batterie Zn-air, e così via.”

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