I ricercatori di Clemson sviluppano la tecnica di stampa 3D laser ceramica per la conservazione dell’energia
I ricercatori della Clemson University stanno lavorando su una nuova tecnica di stampa 3D che prevede l’elaborazione rapida del laser per creare “pile di elettrolizzatori ceramici protonici” che convertono l’elettricità in idrogeno come un modo per immagazzinare energia.
Gli elettrolizzatori potrebbero essere utilizzati come fonte di carburante nelle automobili o per immagazzinare energia generata da energia solare ed eolica. La nuova tecnica di stampa laser 3D ridurrebbe i costi e i tempi di produzione di elettrolizzatori altamente compatti.
Jianhua “Joshua” Tong, professore associato di scienza dei materiali e ingegneria, sta conducendo la ricerca con 1,6 milioni di dollari dall’ufficio dell’Efficienza energetica e delle energie rinnovabili del Dipartimento degli Stati Uniti. La nuova tecnica potrebbe non solo ridurre il costo della produzione di idrogeno a metà, ma anche diminuire la dimensione del dispositivo di un ordine di grandezza. “Il nostro successo significherà che possiamo fornire energia pulita e sostenibile”, ha detto Tong. “Questa è la parte fantastica: stiamo portando la stampa 3D al livello successivo.”
Nel progetto di Tong, una delle grandi sfide è capire come stampare in modo conveniente con la ceramica. Se realizzati convenzionalmente, le ceramiche devono essere sinterizzate in un forno a temperature elevate, spesso per diverse ore. Inoltre, diversi tipi di ceramica devono essere sinterizzati a diverse temperature.
Inoltre, un elettrolizzatore richiede quattro diversi tipi di ceramica, rendendo la sinterizzazione una sfida. Tuttavia, i ricercatori hanno sviluppato una stampante 3D che appoggia uno strato di ceramica e un laser lo sinterizza allo stesso tempo, eliminando la necessità del forno. La tecnica consentirebbe all’utente di stampare in 3D un elettrolizzatore fatto con quattro diversi tipi di ceramica senza utilizzare un forno. Sarebbe come fare una torta con molti strati e avere un sapore diverso per ogni strato.
La tecnica potrebbe essere applicata alla stampa 3D di altri tipi di prodotti ceramici, incluse batterie e celle solari, o batterie ad alta densità che consentono agli smartphone di mantenere una carica per giorni alla volta. Inoltre, la tecnica potrebbe aprire la stampa 3D a nuovi prodotti e tutti i vantaggi che ne derivano. “Ad esempio, un progetto per lo stack di celle a combustibile di un’automobile potrebbe essere inviato via email a una fabbrica a migliaia di chilometri di distanza, e potrebbe essere stampato in poche ore anziché attendere giorni per la consegna”, ha detto Tong.
Rajendra Bordia, presidente del dipartimento, ha affermato che la ricerca rafforza gli sforzi di Clemson per contribuire a creare modi più sostenibili di conversione dell’energia.
“Il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali è in una posizione unica per svolgere un ruolo di primo piano nell’utilizzo dell’elettrolisi per creare energia per il trasporto da fonti rinnovabili”, ha affermato. “Il team che lavora a questo progetto rappresenta una competenza di livello mondiale in settori pertinenti, inclusi materiali ceramici e dispositivi per la conversione di energia, lavorazione laser, produzione additiva e lavorazione ceramica.”