Kansas State University con una stampante 3D a getto d’inchiostro con la fusione a freddo per controllare i materiali per immagazzinare energia

Kansas State University: 3D Freeze Printing utilizzato per creare batterie
Il design e la stampa 3D possono essere integrati in quasi tutti i settori oggi, ma i ricercatori di tutto il mondo continuano a usarlo per sfruttare l’energia, e in particolare per lo stoccaggio, come nella batteria onnipresente. I ricercatori della Kansas State University hanno esaminato studi precedenti e poi hanno approfondito la ricerca molto più complicata con una stampante 3D a getto d’inchiostro usando la fusione a freddo per controllare i materiali per immagazzinare energia.

Numerose incursioni sono state compiute nello studio della stampa 3D con l’elettronica e la creazione di batterie, ma come gli autori discutono nel loro articolo pubblicato di recente, ” stampa 3D di aerogel ibridi MoS2-grafene come materiali elettrodici altamente porosi per anodi di batterie agli ioni di sodio , ‘Il lavoro precedente è stato incentrato su materiali più comuni come il litio ferro fosfato (LFP) e il litio ossido di titanio (LTO), insieme alla stampa 3D di elettrodi a disco e inchiostri nanocristalli.

Per questo studio, il ricercatore ha utilizzato una nuova tecnica per la preparazione di aerogel ibridi MoS 2 / grafene altamente porosi come anodo per batterie agli ioni di sodio (SIB).

“Tali strutture porose intercollegate sono fondamentali per mitigare lo stress indotto dalle maggiori variazioni di volume durante i cicli di carica-scarica rispetto a quelle degli studi LIB precedenti a causa della combinazione di più alta capacità specifica (oltre 300 mAh / g) e di dimensioni di ioni più grandi (0.102 nm per Na + vs 0.076 nm per Li), “hanno dichiarato i ricercatori.

Sia il grafene che il disolfuro di molibdeno (MoS2) hanno qualità eccezionali, come i materiali stratificati 2D già ben studiati. Ci sono sfide, poiché il MoS 2 si deteriora rapidamente e la conduttività elettrica è bassa. Il grafene compensa comunque eventuali svantaggi, con conduttività, flessibilità e resistenza chimica superiori.

Utilizzando una piastra di substrato fredda, le gocce d’inchiostro vengono congelate durante la stampa 3D, iniziando il processo per la creazione di architetture 3D ibride basate su aerogel per le batterie. L’inchiostro del precursore è stato creato mentre i nanoflakes sono stati collocati in acqua deionizzata e poi pressati sul set di piastre fredde a -30 ° C. Le goccioline si congelarono rapidamente in cristalli di ghiaccio e formarono una matrice, dopo di che furono messe in un congelatore e successivamente trasferite per formare l’aerogel necessario e passare attraverso i conseguenti raffinamenti.

“Le architetture stampate sono state chiaramente mantenute dopo aver attraversato tutti questi processi”, hanno affermato i ricercatori. “Per quanto a nostra conoscenza, è la prima volta che realizziamo la stampa 3D di aerogel ibridi MoS 2 -rGO.”

Gli autori dello studio osservano inoltre che l’ aerogel MoS 2 -rGO è molto diverso da quelli creati con metodi più comuni nella stampa 3D e nei materiali di liofilizzazione. Hanno postulato che la struttura aperta in schiuma di Ni 3D deve aver trasformato la temperatura, evitando la formazione di cristalli di ghiaccio di grandi dimensioni.

Nel complesso, gli aerogel sono stati stampati con successo in 3D con la tecnica del freeze-printing, con la rete di grafene che aumenta la conduttività e la resistenza, mentre i pori di grandi dimensioni rendono possibile il trasporto rapido degli ioni.

“Questo studio dimostra il potenziale di utilizzare la tecnologia di stampa 3D per fabbricare i materiali elettrodi macroporosi che possono sostenere intercalazioni ad alta capacità di grandi ioni Na + , che apre una nuova direzione della stampa 3D per applicazioni di accumulo di energia”, hanno concluso i ricercatori.

L’energia è uno dei prodotti più importanti sulla Terra, permettendoci di svolgere molte attività quotidiane comodamente e con molte macchine e oggetti alimentati a batteria. Poiché i vantaggi della stampa 3D spesso includono maggiore accessibilità, velocità di produzione e capacità di innovare come mai prima d’ora, i ricercatori hanno studiato il modo in cui potrebbe migliorare la produzione di batterie, dai dispositivi indossabili ai sensori, fino alle applicazioni che richiedono materiali come il grafene

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