Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса разработали метод создания электродов для систем накопления энергии, который позволяет почти вдвое увеличить ёмкость аккумуляторов, не жертвуя скоростью зарядки. Вместо изменения химического состава материалов специалисты сосредоточились на оптимизированной трёхмерной архитектуре с применением 3D-печати, сообщил Interesting Engineering.
Ключевая проблема современных накопителей энергии заключается в том, что увеличение толщины электродов хотя и повышает их ёмкость, но одновременно замедляет движение ионов внутри материала. Это приводит к появлению так называемых «мёртвых зон» — участков, которые перестают эффективно участвовать в работе, а скорость зарядки и разрядки падает.
Учёные решили эту задачу, создав переплетённую 3D-структуру. Она укорачивает путь для ионов, наращивает активную поверхность и обеспечивает более равномерное распределение заряда. Такой подход даёт возможность использовать материал эффективнее без ухудшения скоростных характеристик и долговечности.
В процессе работы применялись методы компьютерной оптимизации и многоэтапная 3D-печать. Сначала исследователи сформировали пористый каркас на основе оксида графена, а затем покрыли его слоем золота для повышения проводимости.
Получившаяся структура продемонстрировала лучшие результаты по сравнению как с традиционными плоскими электродами, так и с ранее созданными 3D-печатными аналогами. Кроме того, устройство выдержало более 7500 циклов заряда и разряда без существенной деградации.
Учёные полагают, что подобный метод может стать основой для аккумуляторов нового поколения — от батарей для электромобилей до систем хранения энергии для возобновляемых источников и портативной электроники.
Проблема безопасности и эффективности аккумуляторов остаётся одной из самых горячих тем в мировой науке, и исследователи ищут нестандартные решения далеко за пределами привычной литий-ионной химии. Интернет-газета «ЖУК» сообщала, что исследовательская группа профессора Ху Юншэна из Института физики Китайской академии наук впервые полностью исключила тепловой разгон в натрий-ионной батарее. Ключевым элементом разработки стал новый полимеризуемый негорючий электролит с механизмом самозащиты.