Automated Membrane Casting Apparatus for Novel Energy Storage Architectures

Abstract

Este proyecto consistió en el diseño y fabricación de un aparato automatizado de moldeo de películas para su uso en la investigación de baterías por parte del laboratorio de Materiales y Dispositivos Mesoestructurados de la Universidad de Boston. Antes de la existencia de este trabajo, los clientes del proyecto se enfrentaban a un problema de inconsistencia en los electrodos de batería que moldeaban para su posterior uso como método de transporte de iones. Esta heterogeneidad no les permitía llegar a resultados sistemáticos en sus posteriores investigaciones en baterías.

El problema radicaba en el uso de un inconveniente método manual que introducía inconsistencias dentro del grosor de una sola muestra, así como en el grosor comparado entre distintas muestras. Por tanto, los clientes necesitaban un dispositivo automatizado que pudiera alcanzar la homogeneidad que exigían sus investigaciones. El aparato automático final debía permitir al usuario elegir entre una gama de espesores de película, de velocidades de moldeo y un tiempo de reposo variable antes de la solidificación de la película en el posterior proceso de inversión de fase.

La solución consistió en crear un dispositivo de moldeo de películas de tolerancia ajustada con espesores variables. Una barra, accionada por un motor paso a paso, moviliza la cuchilla de moldeo sobre un cristal de ensayo estacionario a una predefinida velocidad constante para moldear la película. Tras dejarla en reposo un tiempo específico, el aparato finaliza el proceso con una innovadora técnica que invierte la dirección de movimiento de la barra hasta deslizar el cristal dentro de un baño antidisolvente. Allí, la película se solidifica mediante el mencionado proceso.

El dispositivo fabricado incluye una interfaz de usuario fácil e intuitiva. Además, no sólo es mucho más económico e innovador que otras opciones del mercado, sino que también ha demostrado ser duradero, móvil y seguro.

This project was the design and manufacturing of an automated film casting apparatus for use in battery research by the Boston University’s Mesostructured Materials and Devices lab. Before the existence of the solution, the customers of the project faced a problem of inconsistency in the battery electrodes they cast for later use as an ion transportation method. This heterogeneity did not allow them to reach to systematic results in their later battery research.

The problem was on the use of an inconvenient manual method which introduced inconsistencies within the thickness of the sample as well as across samples. The customers, hence, required an automated device that could reach to the homogeneous battery electrodes demanded by their later research. The final automatic apparatus was required to let the user choose between a range of film thickness, constant casting speed and variable resting time before the solidification in the phase inversion process.

The solution was to create a tight tolerance film casting apparatus with varying thicknesses. A push bar, driven by a stepper motor, sweeps the designed doctor blade across a stationary glass slide at a prescribed constant speed to cast the film. After allowing the film to dry, the apparatus finishes the process with an innovative step that reverses the push bar to slide the substrate into a water bath. There, it is solidified through a phase inversion process.

The resulting device includes an easy and intuitive user interface and, not only is far more economic and innovative than other market options, but also has proved to be durable, mobile, and safe.