Auto's die meer dan 1 gaan 000 mijl op een enkele tankbeurt en smartphones die dagenlang kunnen werken zonder opladen, behoren tot de mogelijkheden die zouden kunnen voortvloeien uit een nieuw onderzoeksproject van Clemson University dat 3D-printen en laserverwerking combineert.

Jianhua "Joshua" Tong en zijn team werken aan een nieuwe 3D-printtechniek met snelle laserverwerking om "protonische keramische elektrolyzerstapels" te creëren die elektriciteit omzetten in waterstof als een manier om energie op te slaan.

De elektrolyzers kunnen verschillende toepassingen hebben, onder meer als brandstofbron in auto's of om energie op te slaan die is opgewekt uit zonne- en windenergie.

De nieuwe laser-3D-printtechniek zou de kosten en tijd van de productie van zeer compacte elektrolysers verminderen, zei Tong. Daarbij, het kon niet alleen de kosten van waterstofproductie halveren, maar ook de grootte van het apparaat met één orde van grootte verminderen, hij zei.

Tong, een universitair hoofddocent materiaalkunde en techniek, leidt het onderzoek met $ 1,6 miljoen van het Office of Energy Efficiency and Renewable Energy van het Amerikaanse Department of Energy.

"Ons succes betekent dat we duurzame, schone energie, " zei Tong. "Dat is het fantastische deel. We tillen 3D-printen naar een hoger niveau."

Als onderzoekers slagen met de elektrolysers, dezelfde techniek zou kunnen worden toegepast op het 3D-printen van andere soorten keramische producten, inclusief batterijen en zonnecellen, zei Tong. De techniek kan, bijvoorbeeld, leiden tot batterijen met een hoge dichtheid waarmee smartphones dagenlang kunnen worden opgeladen, hij zei.

Het project van Tong is het laatste in een groeiend aantal onderzoeken gericht op het gebruik van 3D-printen om de manier waarop producten worden vervaardigd te veranderen. Bij 3D-printen, producten worden op een computer ontworpen en vervolgens laag voor laag geprint, de lagen stapelen zich op elkaar om het product te creëren.

De 3D-printers van microgolfformaat die vaak worden aangetroffen in klaslokalen op de middelbare school, printen met plastic. Een van de grote uitdagingen bij geavanceerde productie is om erachter te komen hoe u kosteneffectief kunt printen met andere soorten materialen.

voor Tong, de focus ligt op keramiek.

Wanneer conventioneel gemaakt, keramiek moet bij hoge temperaturen in een oven worden gesinterd, vaak enkele uren. Verschillende soorten keramiek moeten bij verschillende temperaturen worden gesinterd.

Een elektrolyseapparaat vereist vier verschillende soorten keramiek, het sinteren een uitdaging maken.

In het project van Tong, een 3D-printer legt een laag keramiek neer, en een laser sintert het tegelijkertijd, waardoor de oven niet meer nodig is.

De techniek zou de gebruiker in staat stellen om een ​​elektrolyseur in 3D te printen die is gemaakt van vier verschillende soorten keramiek zonder een oven te gebruiken. Het zou vergelijkbaar zijn met het maken van een cake met veel lagen en met voor elke laag een andere smaak.

De techniek zou 3D-printen kunnen openen voor nieuwe producten en alle voordelen die daarmee gepaard gaan. Bijvoorbeeld, een ontwerp voor de brandstofcelstapel van een auto kan worden gemaild naar een fabriek duizenden kilometers verderop, en het kan binnen enkele uren worden afgedrukt in plaats van dagen te wachten op levering, zei Tong.

Het project brengt vier faculteitsleden samen in Clemson's Department of Materials Science and Engineering. Tong is de hoofdonderzoeker van het project, terwijl Hai Xiao, Kyle Brinkman en Fei Peng zijn co-hoofdonderzoekers.

Rajendra Bordia, voorzitter van de afdeling, zei dat het onderzoek de inspanningen van Clemson verbetert om te helpen bij het creëren van meer duurzame manieren om energie om te zetten.

"Het Department of Materials Science and Engineering bevindt zich in een unieke positie om een ​​leidende rol te spelen bij het gebruik van elektrolyse om energie te creëren voor transport uit hernieuwbare bronnen, " zei hij. "Het team dat aan dit project werkt, vertegenwoordigt expertise van wereldklasse op relevante gebieden, waaronder keramische materialen en apparaten voor energieconversie, laserverwerking, additieve fabricage en keramische verwerking."

Anand Gramopadhye, decaan van het College of Engineering, Informatica en Toegepaste Wetenschappen, zei dat het project voortbouwt op Clemson's uitmuntendheid in geavanceerd fabricageonderzoek.

"Het bedrag van de prijs is een bewijs van de innovatieve ideeën en het toptalent dat het onderzoek ingaat, "Zei Gramopadhye. "Ik feliciteer Dr. Tong en zijn team met de beurs."