de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam der University of Texas at El Paso hat eine Methode entwickelt, um mit 3D-Drucktechnik Gel-Polymerelektrolyte in verschiedenen Formen herzustellen. Diese Technologie ermöglicht es, Energiespeicher direkt in die mit der Batterie betriebenen Geräte zu integrieren und so die Größenbeschränkungen standardmäßiger wiederaufladbarer Batterien zu überwinden.
Die Studie wurde in der Zeitschrift „Communications Engineering“ der Nature-Reihe veröffentlicht. Gel-Polymerelektrolyte transportieren Ionen zwischen den Batterieelektroden. Herkömmliche flüssige Elektrolyte müssen in starren Gehäusen versiegelt werden, was die Batterieform einschränkt und ein Leckagerisiko birgt. Das UTEP-Team kombinierte photohärtbares Harz mit einem lithiumbasierten Flüssigelektrolyt und nutzte die Vat-Photopolymerisationstechnologie, um das Material schichtweise auszuhärten und so ein druckbares Gel-Material herzustellen.
Die ionische Leitfähigkeit des gedruckten Materials erreichte 3,4 × 10⁻³ Siemens pro Zentimeter, vergleichbar mit herkömmlichen Elektrolyten und nahe an der Leistung des ersetzten Flüssigelektrolyts. Das optimale Mischungsverhältnis wurde mit 1:4 (Harz zu Elektrolyt) ermittelt, das eine Balance zwischen elektrochemischer Leistung und Druckzuverlässigkeit bietet.
Das Team führte den Elektrolytdruck unter normaler Laborluft durch, wobei die Materialeigenschaften stabil blieben. Die Forscher druckten einfache Scheiben, offene wabenförmige Gitter und einen massiven Zentimeterwürfel, was die Formflexibilität von Batterien in zukünftigen Wearables, medizinischen Geräten oder Luft- und Raumfahrtkomponenten demonstriert.
„Seit Jahren bestimmt die Form der Batterie die Form des Geräts, das sie mit Strom versorgt“, sagte Dr. Alexis Maurel, leitender Forscher der Studie und Dozent an der Fakultät für Metallurgie, Material- und Biomedizintechnik der UTEP. „Wir beweisen, dass man jede beliebige Form von Hochleistungs-Elektrolyt-Batteriekomponenten drucken und sie nahezu überall platzieren kann. Das erweitert den Gestaltungsspielraum für Designer.“
Die Studie zeigte auch den Einfluss der Lösungsmittelwahl auf die Druckbarkeit und das Batterieverhalten, ein Aspekt, der in früheren Forschungen nicht ausreichend untersucht wurde. Eine Rezeptur zeigte in wiederholten Tests außergewöhnliche Stabilität und wies das Team auf die vielversprechendste Entwicklungsrichtung hin.
„Diese Forschung zeigt, wie fortschrittliche Fertigung und Energietechnologien verschmelzen können, um völlig neue Möglichkeiten für das Batteriedesign zu schaffen“, kommentierte Dr. Kenith Meissner, Dekan der Miguel A. Loya School of Engineering. „Durch die Entwicklung einer skalierbaren Methode zum 3D-Druck von Batterieelektrolyten in nahezu jeder Form helfen Dr. Maurel und seine Mitarbeiter der UTEP, an der Spitze der nächsten Generation der Energiespeicherforschung zu stehen, und bieten unseren Studierenden gleichzeitig praktische Erfahrungen mit Technologien, die für die Zukunft der Luft- und Raumfahrt, des Verkehrs und der fortschrittlichen Fertigung entscheidend sind.“
Die Studie wurde von der UTEP in Zusammenarbeit mit den Sandia National Laboratories durchgeführt. Das Team plant, die Rezeptur zu optimieren und diese gedruckten Elektrolyte in vollständige Batteriezellen zu integrieren. Die Forschung ist Teil von Maurels Projektportfolio, das sich auf den 3D-Druck von Batterien konzentriert. Dazu gehört auch eine Förderung der National Science Foundation's Research Experiences for Undergraduates zur Entwicklung von Arbeitskräften, die Studierenden beider Einrichtungen bezahlte, forschungsintensive Sommerpraktika bietet und eine Partnerschaft zwischen der UTEP und der Texas A&M University etabliert.
