Naukowcy i inżynierowie z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) opracowują elektrody przepływowe (FTE) do drukowania 3D, podstawowy produkt składowy używany do przekształcania CO 2 i innych cząsteczek w użyteczne reaktory elektrochemiczne.
Jak opisano w artykule opublikowanym w Proceedings of the National Academy of Sciences, inżynierowie LLNL po raz pierwszy drukowali w 3D węgiel FTE (porowata elektroda odpowiedzialna za reakcję w reaktorze) z aerożelu grafenowego. Wykorzystując swobodę projektowania zapewnianą przez drukowanie 3D, naukowcy wykazali, że mogą dostosować przepływ w FTE i znacznie poprawić przenoszenie masy — reagenty płynne lub gazowe są transportowane przez elektrody na powierzchnię reakcji. Naukowcy powiedzieli, że praca ta otwiera drzwi do ustanowienia druku 3D jako realnej, uniwersalnej metody szybkiego prototypowania elektrod przepływowych i obiecującego sposobu maksymalizacji wydajności reaktora.
W LLNL jako pierwsi używamy trójwymiarowego reaktora do precyzyjnej kontroli lokalnego środowiska reakcji. Główny autor artykułu i inżynier z LLNL, Victor Beck, powiedział, że nowa wysokowydajna elektroda stanie się ważną częścią nowej generacji architektury reaktora elektrochemicznego. Ten postęp pokazuje, w jaki sposób możemy wykorzystać kontrolę zapewnianą przez funkcję drukowania 3D do struktury elektrody, aby zaprojektować lokalny przepływ płynu i wywołać złożone wzorce przepływu bezwładnościowego w celu poprawy wydajności reaktora.
Dzięki drukowaniu 3D naukowcy wykazali, że kontrolując geometrię kanału przepływowego elektrody, mogą zoptymalizować reakcję elektrochemiczną, jednocześnie minimalizując kompromisy w FTE wytwarzane tradycyjnymi metodami. Typowymi materiałami stosowanymi w FTE są media „nieuporządkowane”, takie jak pianka czy filc na bazie włókna węglowego, co ogranicza możliwości projektowania jej mikrostruktury. Naukowcy wyjaśnili, że chociaż koszty produkcji są niskie, na losowo ułożone materiały wpływają nierównomierny przepływ i rozkład transferu masy.
Dzięki drukowaniu 3D zaawansowanych materiałów, takich jak aerożel węglowy, możliwe jest projektowanie sieci makroporowatych w tych materiałach bez wpływu na właściwości fizyczne, takie jak przewodność i pole powierzchni, powiedział współautor Swetha Chandrasekaran.
Zespół poinformował, że FTE wydrukowane w strukturze siatkowej metodą bezpośredniego pisania atramentem poprawiło transfer masy o 1-2 rzędy wielkości w porównaniu z wcześniej opisaną pracą drukowania 3D i osiągnęło wydajność porównywalną z tradycyjnymi materiałami.
Naukowcy stwierdzili, że ponieważ opłacalność komercyjna i powszechne stosowanie reaktorów elektrochemicznych zależy od uzyskania większego transferu masy, możliwość projektowania przepływów w FTE sprawi, że ta technologia stanie się bardziej atrakcyjną opcją, która pomoże rozwiązać globalny kryzys energetyczny . Poprawa wydajności i przewidywalności elektrod drukowanych w 3D sprawia, że nadają się one również do stosowania we wzmacnianych reaktorach w wysokosprawnych konwerterach elektrochemicznych.
Współautorka Anna Ivanovskaya powiedziała, że dokładna kontrola geometrii elektrod umożliwi zaawansowaną inżynierię elektrochemiczną reaktora, co nie było możliwe w przypadku poprzedniej generacji materiałów elektrodowych. Inżynierowie będą mogli projektować i wytwarzać konstrukcje zoptymalizowane pod kątem określonych procesów. Potencjalnie, wraz z rozwojem technologii wytwarzania, elektrody drukowane 3D mogą zastąpić tradycyjne nieuporządkowane elektrody w reaktorach typu cieczowego i gazowego.
Naukowcy i inżynierowie z LLNL badają obecnie zastosowanie reaktorów elektrochemicznych w szeregu zastosowań, w tym konwersji CO 2 w użyteczne paliwa i polimery oraz elektrochemicznego magazynowania energii w celu dalszego wykorzystania energii elektrycznej z bezemisyjnych i odnawialnych źródeł energii. Naukowcy stwierdzili, że obiecujące wyniki umożliwią im szybkie zbadanie wpływu skonstruowanych struktur elektrodowych bez konieczności stosowania kosztownych technik produkcji przemysłowej.
LLNL pracuje nad wytwarzaniem bardziej wytrzymałych elektrod i elementów reaktora w wyższych rozdzielczościach za pomocą opartych na świetle technologii druku polimerowego 3D (takich jak mikrostereolitografia projekcyjna i litografia dwufotonowa, przepływ przez metalizację). Zespół wykorzysta również obliczenia o wysokiej wydajności do zaprojektowania wydajniejszych struktur i będzie nadal wdrażać elektrody drukowane 3D w większych i bardziej złożonych reaktorach oraz pełnych ogniwach elektrochemicznych.
Naukowcy i inżynierowie z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) opracowują elektrody przepływowe (FTE) do drukowania 3D, podstawowy produkt składowy używany do przekształcania CO 2 i innych cząsteczek w użyteczne reaktory elektrochemiczne.
Jak opisano w artykule opublikowanym w Proceedings of the National Academy of Sciences, inżynierowie LLNL po raz pierwszy drukowali w 3D węgiel FTE (porowata elektroda odpowiedzialna za reakcję w reaktorze) z aerożelu grafenowego. Wykorzystując swobodę projektowania zapewnianą przez drukowanie 3D, naukowcy wykazali, że mogą dostosować przepływ w FTE i znacznie poprawić przenoszenie masy — reagenty płynne lub gazowe są transportowane przez elektrody na powierzchnię reakcji. Naukowcy powiedzieli, że praca ta otwiera drzwi do ustanowienia druku 3D jako realnej, uniwersalnej metody szybkiego prototypowania elektrod przepływowych i obiecującego sposobu maksymalizacji wydajności reaktora.
W LLNL jako pierwsi używamy trójwymiarowego reaktora do precyzyjnej kontroli lokalnego środowiska reakcji. Główny autor artykułu i inżynier z LLNL, Victor Beck, powiedział, że nowa wysokowydajna elektroda stanie się ważną częścią nowej generacji architektury reaktora elektrochemicznego. Ten postęp pokazuje, w jaki sposób możemy wykorzystać kontrolę zapewnianą przez funkcję drukowania 3D do struktury elektrody, aby zaprojektować lokalny przepływ płynu i wywołać złożone wzorce przepływu bezwładnościowego w celu poprawy wydajności reaktora.
Dzięki drukowaniu 3D naukowcy wykazali, że kontrolując geometrię kanału przepływowego elektrody, mogą zoptymalizować reakcję elektrochemiczną, jednocześnie minimalizując kompromisy w FTE wytwarzane tradycyjnymi metodami. Typowymi materiałami stosowanymi w FTE są media „nieuporządkowane”, takie jak pianka czy filc na bazie włókna węglowego, co ogranicza możliwości projektowania jej mikrostruktury. Naukowcy wyjaśnili, że chociaż koszty produkcji są niskie, na losowo ułożone materiały wpływają nierównomierny przepływ i rozkład transferu masy.
Dzięki drukowaniu 3D zaawansowanych materiałów, takich jak aerożel węglowy, możliwe jest projektowanie sieci makroporowatych w tych materiałach bez wpływu na właściwości fizyczne, takie jak przewodność i pole powierzchni, powiedział współautor Swetha Chandrasekaran.
Zespół poinformował, że FTE wydrukowane w strukturze siatkowej metodą bezpośredniego pisania atramentem poprawiło transfer masy o 1-2 rzędy wielkości w porównaniu z wcześniej opisaną pracą drukowania 3D i osiągnęło wydajność porównywalną z tradycyjnymi materiałami.
Naukowcy stwierdzili, że ponieważ opłacalność komercyjna i powszechne stosowanie reaktorów elektrochemicznych zależy od uzyskania większego transferu masy, możliwość projektowania przepływów w FTE sprawi, że ta technologia stanie się bardziej atrakcyjną opcją, która pomoże rozwiązać globalny kryzys energetyczny . Poprawa wydajności i przewidywalności elektrod drukowanych w 3D sprawia, że nadają się one również do stosowania we wzmacnianych reaktorach w wysokosprawnych konwerterach elektrochemicznych.
Współautorka Anna Ivanovskaya powiedziała, że dokładna kontrola geometrii elektrod umożliwi zaawansowaną inżynierię elektrochemiczną reaktora, co nie było możliwe w przypadku poprzedniej generacji materiałów elektrodowych. Inżynierowie będą mogli projektować i wytwarzać konstrukcje zoptymalizowane pod kątem określonych procesów. Potencjalnie, wraz z rozwojem technologii wytwarzania, elektrody drukowane 3D mogą zastąpić tradycyjne nieuporządkowane elektrody w reaktorach typu cieczowego i gazowego.
Naukowcy i inżynierowie z LLNL badają obecnie zastosowanie reaktorów elektrochemicznych w szeregu zastosowań, w tym konwersji CO 2 w użyteczne paliwa i polimery oraz elektrochemicznego magazynowania energii w celu dalszego wykorzystania energii elektrycznej z bezemisyjnych i odnawialnych źródeł energii. Naukowcy stwierdzili, że obiecujące wyniki umożliwią im szybkie zbadanie wpływu skonstruowanych struktur elektrodowych bez konieczności stosowania kosztownych technik produkcji przemysłowej.
LLNL pracuje nad wytwarzaniem bardziej wytrzymałych elektrod i elementów reaktora w wyższych rozdzielczościach za pomocą opartych na świetle technologii druku polimerowego 3D (takich jak mikrostereolitografia projekcyjna i litografia dwufotonowa, przepływ przez metalizację). Zespół wykorzysta również obliczenia o wysokiej wydajności do zaprojektowania wydajniejszych struktur i będzie nadal wdrażać elektrody drukowane 3D w większych i bardziej złożonych reaktorach oraz pełnych ogniwach elektrochemicznych.
Link do tego artykułu: Drukowane w 3D elektrody przepływowe otwierają drzwi, aby zmaksymalizować wydajność reaktora
Oświadczenie o przedruku: Jeśli nie ma specjalnych instrukcji, wszystkie artykuły na tej stronie są oryginalne. Proszę wskazać źródło przedruku: https://www.cncmachiningptj.com/，thanks！
PTJ® zapewnia pełen zakres niestandardowej precyzji 
