Ученые придумали, как удвоить емкость аккумуляторов без потери скорости зарядки
Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса предложили новый способ создания электродов для систем накопления энергии, который может заметно улучшить характеристики аккумуляторов и суперконденсаторов. Вместо изменения химического состава материалов они сосредоточились на инженерии структуры — создании оптимизированной трёхмерной архитектуры с помощью 3D-печати.
Изображение сгенерировано Nano BananaПроблема современных устройств хранения энергии в том, что увеличение толщины электродов действительно повышает их ёмкость, но одновременно затрудняет движение ионов внутри материала. В результате часть объёма перестаёт эффективно участвовать в работе, появляются так называемые «мёртвые зоны», а скорость зарядки и разрядки снижается.
Новая разработка решает именно эту задачу. Учёные создали переплетённую 3D-структуру, которая сокращает путь для ионов, увеличивает активную поверхность и делает распределение заряда более равномерным. Это позволяет использовать материал эффективнее, не жертвуя скоростью работы.
По данным исследователей, такой подход позволяет почти в два раза увеличить ёмкость электродов без ухудшения скорости зарядки и долговечности. В процессе работы применялись методы компьютерной оптимизации и многоэтапная 3D-печать: сначала формировался пористый каркас на основе оксида графена, затем он покрывался слоем золота для повышения проводимости.
Получившаяся структура показала лучшие результаты по сравнению как с традиционными плоскими электродами, так и с ранее предложенными 3D-печатными аналогами. Кроме того, устройство выдержало более 7500 циклов заряда/разряда без существенной деградации.
Учёные считают, что подобный подход может стать основой для аккумуляторов нового поколения — от батарей для электромобилей до систем хранения энергии для возобновляемых источников и портативной электроники.
© iXBT
