Carros que vão a mais de 1, 000 milhas em um único abastecimento e smartphones que podem funcionar por dias sem recarga estão entre as possibilidades que podem surgir de um novo projeto de pesquisa da Universidade Clemson que reúne impressão 3-D e processamento a laser.

Jianhua "Joshua" Tong e sua equipe estão trabalhando em uma nova técnica de impressão 3D envolvendo processamento rápido a laser para criar "pilhas eletrolisadoras de cerâmica protônica" que convertem eletricidade em hidrogênio como forma de armazenar energia.

Os eletrolisadores podem ter vários usos, inclusive como fonte de combustível em automóveis ou para armazenar energia gerada a partir de energia solar e eólica.

A nova técnica de impressão 3D a laser reduziria o custo e o tempo de fabricação de eletrolisadores altamente compactados, Tong disse. Ao fazer isso, poderia não apenas cortar o custo de produção de hidrogênio pela metade, mas também diminuir o tamanho do dispositivo em uma ordem de magnitude, ele disse.

Língua, professor associado de ciência e engenharia de materiais, está liderando a pesquisa com US $ 1,6 milhão do Escritório de Eficiência Energética e Energia Renovável do Departamento de Energia dos EUA.

"Nosso sucesso significará que podemos fornecer produtos sustentáveis, energia limpa, "Tong disse." Essa é a parte fantástica. Estamos levando a impressão 3D para o próximo nível. "

Se os pesquisadores tiverem sucesso com os eletrolisadores, a mesma técnica pode ser aplicada à impressão 3D de outros tipos de produtos cerâmicos, incluindo baterias e células solares, Tong disse. A técnica poderia, por exemplo, levam a baterias de alta densidade que permitem que os smartphones mantenham a carga por dias a fio, ele disse.

O projeto de Tong é o mais recente em um crescente corpo de pesquisas que visa usar a impressão 3-D para mudar a forma como os produtos são fabricados. Na impressão 3-D, os produtos são projetados em um computador e, em seguida, impressos uma camada de cada vez, as camadas empilhadas umas sobre as outras para criar o produto.

As impressoras 3D em tamanho de micro-ondas, freqüentemente encontradas em salas de aula do ensino médio, imprimem com plástico. Um dos grandes desafios da manufatura avançada é descobrir como imprimir de maneira econômica com outros tipos de materiais.

Para Tong, o foco está na cerâmica.

Quando feito convencionalmente, cerâmicas devem ser sinterizadas em um forno em altas temperaturas, frequentemente por várias horas. Diferentes tipos de cerâmica precisam ser sinterizados em diferentes temperaturas.

Um eletrolisador requer quatro tipos diferentes de cerâmica, tornando a sinterização um desafio.

No projeto de Tong, uma impressora 3-D coloca uma camada de cerâmica, e um laser sinteriza ao mesmo tempo, eliminando a necessidade do forno.

A técnica permitiria ao usuário imprimir em 3-D um eletrolisador feito de quatro tipos diferentes de cerâmica sem usar um forno. Seria semelhante a fazer um bolo com muitas camadas e com um sabor diferente para cada camada.

A técnica pode abrir a impressão 3-D para novos produtos e todas as vantagens que vêm com ela. Por exemplo, um projeto para a pilha de células de combustível de um carro poderia ser enviado por e-mail para uma fábrica a milhares de quilômetros de distância, e poderia ser impresso em algumas horas em vez de esperar dias para entrega, Tong disse.

O projeto reúne quatro professores do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Clemson. Tong atua como o principal investigador do projeto, enquanto Hai Xiao, Kyle Brinkman e Fei Peng são co-investigadores principais.

Rajendra Bordia, chefe do departamento, disse que a pesquisa aumenta os esforços da Clemson para ajudar a criar formas mais sustentáveis ​​de conversão de energia.

"O Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais está em uma posição única para desempenhar um papel de liderança no uso da eletrólise para criar energia para transporte a partir de fontes renováveis, "disse ele." A equipe que trabalha neste projeto representa expertise de classe mundial em áreas relevantes, incluindo materiais cerâmicos e dispositivos para conversão de energia, processamento a laser, manufatura aditiva e processamento cerâmico. "

Anand Gramopadhye, reitor da Faculdade de Engenharia, Computação e Ciências Aplicadas, disse que o projeto se baseia na excelência da Clemson em pesquisas avançadas de manufatura.

"O valor do prêmio é uma prova das ideias inovadoras e dos melhores talentos que estão sendo usados ​​na pesquisa, "Gramopadhye disse." Parabenizo o Dr. Tong e sua equipe pela doação. "