Безусловно, эта технология нуждается в дальнейшем развитии, прежде чем она сможет применяться повсеместно, однако в этом направлении ведутся активные исследования. Первый топливный элемент был создан в 1838 году, но технология все еще недостаточно эффективна, чтобы вытеснить другие способы производства энергии, такие как аккумуляторные батареи. Сейчас, как это часто случается, две стремительно развивающиеся технологии начинают пересекаться: осваивается применение 3D-печати для производства топливных элементов.
Лаборатория по тканевой инженерии и 3D-печати под руководством доктора Рамилы Шах работает над созданием новых топливных элементов, предназначенных для 3D-печати керамическими материалами. В результате этих разработок исследователи могут получить более эффективные твердооксидные топливные элементы. Разработчики, среди которых студенты бакалавриата, магистратуры и докторантуры Северо-Западного университета, уделяют особое внимание материалам для 3D-печати.
«Лаборатория доктора Шах является лидером в новой области науки: развитии и исследовании характеристик материалов для 3D-печати. С помощью инновационных методов мы получаем новые, более функциональные типы «чернил», подходящих для 3D-печати. Кроме того, мы работаем над определением степени того, насколько материал подходит для 3D-печати, то есть насколько эффективно можно преобразовать его в некий предмет. Мы исследуем характеристики материалов, проводим функциональные тесты, а также оптимизируем полученные с помощью 3D-печати объекты для использования как в биологической, так и небиологической отраслях (например, для создания как живых тканей, так и энергетических элементов)», – говорится на сайте лаборатории доктора Шах.
На этой неделе, на осенней встрече-выставке Общества по исследованию материалов в Бостоне, команда доктора Шах объявила, что им удалось добиться прогресса. Адам Джакус, студент докторантуры и один из исследователей в лаборатории, объяснил, что в ходе работы они могут «добиться очень высокой плотности напечатанного объекта».
Использование 3D-печати для создания керамических топливных элементов вносит ряд существенных положительных изменений в процесс производства. Улучшенная конструкция позволит повысить эффективность топливных элементов, предназначенных для преобразования газа в электричество. Топливные элементы такого типа производятся с использованием материалов из керамических частиц, связующего вещества и нескольких растворителей, испаряющихся с различной скоростью. Соотношение веществ изменяется для производства каждой из основных частей топливного элемента: катода, анода, электролита и соединительных проводов. В частности, исследователи использовали частицы оксида циркония, стабилизированного иттрием, для 3D-печати электролита, а для производства анода добавили к нему оксид никеля. Для стабилизации процесса печати на некоторых слоях может быть также добавлен оксид железа.
Хотя сам процесс 3D-печати проходит при комнатной температуре, для завершения элементов они проходят обжиг, который придает им необходимую гладкость и плотность (в точности как при производстве керамической посуды или скульптур). Температура обжига достигает 1250 градусов Цельсия.
Джакус отмечает, что в сфере производства топливных элементов 3D-печать – это гораздо более простой и технологически продвинутый метод, чем традиционные способы производства. Кроме того, важно учитывать, что с помощью3D-печати можно придать элементам форму, недоступную при традиционном производстве. Плоские листы керамического материала можно складывать, скручивать или придавать им любые другие необходимые формы перед обжигом.
Использование 3D-печати, как и во многих других сферах, является высокотехнологичным решениям. Результатом этих исследований могут стать более сложные конструкции с повышенной эффективностью, способные послужить стимулом для дальнейшего развития. Разработчики рассчитывают, что по мере создания новых материалов для 3D-печати эффективность топливных элементов продолжит повышаться.
поделиться статьей с друзьями
добавить сообщение