BMFのPμSLマイクロナノ3Dプリント技術のエネルギー分野における進歩

出典: MF High Precision

世界がサプライチェーンの回復力と持続可能性の新しい時代に入るにつれ、国際的なエネルギー情勢は大きな変化を遂げています。エネルギーシステムは、化石エネルギーの絶対的支配から、低炭素、マルチエネルギー統合へと移行しつつあり、この変化はエネルギー技術と産業における国際競争を促進し、新しい産業とビジネスモデルを生み出しています。同時に、エネルギー技術開発の最新の動向は、将来の世界のエネルギー開発の動向を予見するものでもあります。

エネルギー分野における付加製造：市場分析と予測 現在の世界的な科学産業競争において、世界各国はエネルギー技術を重要な突破口とみなし、新たな科学技術革命と産業革命の推進に全力で取り組んでいます。その中で、エネルギー生産システムは非常に複雑かつ多様であり、3Dプリント技術は小ロット製品の迅速な製造や複雑な部品の製造に大きな利点があり、極めて精密な主要部品を生産・加工することができます。

Additive Manufacturing (AM) Research の新しいレポートによると、エネルギー分野の付加製造市場は 2032 年までに 170 億ドルに達すると予想されています。このレポートでは、石油・ガス、原子力、再生可能エネルギーなどのエネルギー分野における 3D プリンティングの応用について詳しく検討し、2024 年までにエネルギー分野全体の付加製造の収益が 33 億ドルに達すると予測しています。

新エネルギー分野におけるマイクロナノ3Dプリント技術の応用 世界のサプライチェーンがより柔軟で持続可能な新たな段階に入るにつれ、新エネルギー分野における 3D プリント技術の需要が大幅に増加しています。具体的な用途を見てみましょう。

整然とした多孔質構造を持つ触媒 復旦大学の研究チームは、高効率かつ低コストの周期的三次元構造触媒シリーズの開発に成功した。触媒の比表面積と気泡輸送機能を最適化するための微細な三次元構造に基づいて、調製されたモノリス触媒の298 Kと318 Kでの触媒性能は、無秩序な泡構造と比較してそれぞれ2.3倍と1.6倍向上し、物理的および化学的性質は変化せず、水素生成速度はそれぞれ2548と3885 mL gcat-1min-1でした。この研究結果により、効率的なモノリス触媒を構築するための新たなアイデアが生まれました。

研究チームは、MMF 精密 microArch® S240 (精度: 10 μm) 3D プリント装置を使用して、規則的な多孔質構造を持つ触媒基板を準備しました。この調製戦略に基づいて、さまざまなガスを生成するための不均一触媒プロセスで使用するための高活性モノリス触媒を開発するのに役立ちます。

オリジナルリンク: https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c00545

金属マイクロ格子が高性能亜鉛イオン電池に貢献 湖南大学の段慧高教授、張冠華准教授、張先安らは、従来の亜鉛負極の最適化戦略を突破し、「多機能3D構造電極」という新しいアイデアを提案しました。クロススケール高精度3Dプリント技術（nanoArch®P140、精度：10μm）と化学堆積/電着技術の助けを借りて、構造的および機能が統合された亜鉛負極の信頼性の高い製造を成功裏に実現しました。

さらに、3D Ni-Zn マイクロ格子アノードとポリアニリン挿入酸化バナジウムカソードから組み立てられた完全なセルは、優れた電気化学的性能を示しました。整然とした 3D 貫通穴構造を持つこの導電性金属マイクロ格子は、他の高性能金属 (Li、Na、K、Mg、Al など) 電池の開発に新たなアイデアを提供します。

オリジナルリンク: https://doi.org/10.1002/aenm.202003927

3次元機能化ハイドロゲルデバイス カリファ大学のTiejun Zhang教授のチームは、3次元機能化ハイドロゲルデバイスを作製するための新しい方法を提案しました。研究チームは、MMF nanoArch® S130（精度：2μm）装置を使用して、ハイドロゲルの高精度3Dプリントを実現し、ハイドロゲルモノマー混合物p（NIPAm-co-PEGDA）に金属塩イオンを導入し、最終的に光吸収特性の高い酸化鉄ナノ粒子（Fe3O4NP）を含むハイドロゲル太陽熱蒸発器を実現しました。

この調製方法は、粒子の不均一な分布、凝集、硬化光の散乱、その結果としての印刷品質と解像度の低下など、3D 印刷複合材料における複数の問題をうまく解決します。この方法で作られた複合ハイドロゲル構造は、優れた光吸収性能と迅速な毛細管水輸送性能を示し、非濃縮条件下で5.12kgm-2h-1という超高水分蒸発速度を実現します。

オリジナルリンク: https://doi.org/10.1002/adfm.202200682

3D プリントされたバイオニック太陽熱蒸発器 湖南大学の王昭龍研究グループは、表面投影マイクロステレオリソグラフィー技術（nanoArch® P140、精度：10μm）を使用して、バイオニックマイクロチャネルとハイドロゲル蒸発器のサンプルを準備しました。処理後、炭素ナノ粒子を豊富に含む多孔質ハイドロゲルネットワーク構造と、バイオニックマイクロチャネルを備えた複合蒸発器構造が形成されました。毛細管力の作用により、液体はマイクロチャネルの底からハイドロゲルネットワークに輸送されます。太陽光の照射により、ハイドロゲルはカーボンナノ粒子の光熱効果により急速に加熱され、水を急速に蒸発させ、最終的に太陽熱蒸発器における水分の吸収と蒸発の動的バランスを実現します。

オリジナルリンク: https://doi.org/10.1002/solr.202101063

3D プリント技術、エネルギー変換の次の出口 エネルギー技術は世界のエネルギーの将来を決定する重要な要素の一つであり、エネルギー技術の発展の方向性は全体的なエネルギー戦略に影響を与える重要な要素です。

世界のエネルギー技術のグリーン、低炭素、インテリジェント、高効率、多様化の発展方向を把握し、クリーン、低炭素、安全、高効率の現代エネルギーシステムを構築するという中長期ビジョンと目標を合理的に計画し、マイクロナノ3Dプリントなどのハイテク技術と産業ロードマップを活用して技術研究開発と産業革新を導くことは、エネルギー変革の次の道となるかもしれません。

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