研究人員3D打印碳納米管電極為太空任務提供動力
時間：2021-03-30 08:30 來源：中國3D打印網 作者：中國3D打印網 閱讀：次
“低溫儲能設備可能對NASA的任務和其他應用很有用。”加州大學圣克魯斯分校的化學與生物化學教授Yat Li說， “集成到能量存儲設備中以實現低溫操作的加熱組件增加了重量，并且需要恒定的電力，因此我們想看看是否可以通過電極的結構工程來提高低溫設備的性能。”
國際空間站。圖片來自NASA。
3D打印的多孔氣凝膠
研究人員使用直接墨水書寫技術，以纖維素納米晶體為基礎的墨水對多孔碳氣凝膠進行3D打印，然后再凍干氣凝膠并進一步處理其表面。這使材料在晶格狀結構中具有多個級別的孔，范圍從小至500微米到納米。氣凝膠的多孔網絡提高了離子通過電極擴散的速度，從而提供更高的能量存儲能力。氣凝膠的表面積約為1750 m2 / g，當施加5 mV / s的電壓時，由這種材料制成的電極的電容值為148.6 F / g。根據研究人員的說法，這比其他低溫超級電容器要高得多。
在研究過程中，包含3D打印電極的設備能夠在低至70攝氏度的溫度下促進離子擴散和電荷轉移。這很重要，因為大多數商用鋰離子電池和超級電容器的最低工作溫度在-20到-40攝氏度之間。通過將3D打印和化學方法相結合來制造其多孔電極，研究人員能夠為超級電容器在低溫下保持快速充電能力的挑戰提供潛在的解決方案。
該團隊將繼續與NASA合作，進一步開發超級電容器的低溫性能，該性能有可能用于為NASA的Perseverance流動站等應用供電，該設備需要加熱器以防止其電池系統在溫度平均在3℃左右的火星上凍結。 -62攝氏度。
NASA的恒久漫游車配備了帶有3D打印外殼的PIXL X射線設備（如圖）。圖片來自NASA。
使用3D打印克服挑戰性環境
NASA先前已轉向增材制造，以幫助解決太空旅行所面臨的環境挑戰，包括極端溫度和充滿挑戰的地形，并優化其乘員和自主太空應用中的某些組件。去年8月，美國國家航空航天局（NASA）的馬歇爾太空飛行中心（MSFC）向KULR Technology Group授予了一項技術協議，該協議可以讓未來的太空任務按需和在軌進行3D打印備用電池組。電池后蓋的設計將更加安全，并防止危險的熱失控傳播，在這種情況下，充電或過充電時流過電池或電池的電流會導致電池溫度升高，并有可能失控。
美國宇航局還試圖開發一種利用太陽的氫產生推力的太陽能火箭，以克服星際太空探索的挑戰。約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室（APL）的研究人員正在與NASA合作，探索如何將金屬3D打印用于火箭的隔熱罩，該隔熱罩在經過太陽的4,500華氏度的溫度下需要承受數小時的時間。
在金屬和碳纖維3D打印機制造商Markforged的幫助下，美國國家航空航天局的噴氣推進實驗室還參加了國防高級研究計劃局（DARPA）的地下挑戰賽，該挑戰賽旨在開發能夠在行星探測過程中穿越諸如洞穴等地下環境的全自動機器人。
該小組的自主機器人（名為Nebula）每個都有大約15個Markforged 3D打印零件。 圖片來自Markforged。
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