Изследователи от Националната лаборатория „Лорънс Ливърмор“ (LLNL) разпечатаха на 3D принтер нов дизайн на електрод за батерии и суперкондензатори. Технологията удвоява капацитета за съхранение на енергия, без да се губи скоростта на зареждане.

При проектирането на системи за съхранение на енергия инженерите трябва да правят компромиси между капацитет и мощност. Дебелите електроди могат да съхраняват повече енергия, но те влошават движението на йоните в батерията, поради което зареждането става по-бавно и част от материала реално не се използва. Учените наричат тези области „мъртви зони“.

За да реши този проблем, екипът на LLNL се фокусира не върху химическия състав на батериите, а върху геометрията на електродите. Изследователите разработиха взаимосвързана триизмерна архитектура, която осигурява на йоните къси и достъпни пътища в цялата структура на електрода. Този дизайн помага едновременно да се увеличи капацитетът и да се поддържа висока производителност на устройството.

За създаването на електродите са използвани изчислителна оптимизация и многокомпонентен 3D печат. Учените са изработили електроди с дебелина до 4 mm и геометрия на „преплетените пръсти“. Първо е отпечатана пореста подложка от графенов оксид, за да се подобри преносът на йони, а след това е нанесен тънък слой злато, за да се увеличи електропроводимостта. Компютърните модели са помогнали да се избере формата, която максимално разпределя потоците от йони и електрони.

При тестовете новите електроди превъзхождат както традиционните 2D проекти, така и предишните 3D отпечатани версии. Те показаха по-висок капацитет за съхранение на енергията, по-ниско съпротивление и стабилна работа в продължение на 7500 цикъла на зареждане и разреждане. В същото време скоростта на зареждане остава висока.

Изследователите смятат, че новата архитектура може да послужи за основа на следващото поколение литиево-йонни батерии. В бъдеще екипът възнамерява да разшири мащаба на технологията за електромобилите, потребителската електроника и системите за съхранение на възобновяема енергия.