Ученые из США разработали конструкцию электродов для аккумуляторов и суперконденсаторов, пригодную для 3D-печати. Новая трехмерная архитектура с блокировкой устраняет «мертвые зоны», где задерживаются ионы, и удваивает емкость без потери скорости зарядки и надежности, что важно для электромобилей и сетевых накопителей.
Ученые разработали новую конструкцию электродов для аккумуляторов и суперконденсаторов. Главная проблема, которую они решили, — это вечный компромисс: если сделать электроды толще, батарея хранит больше энергии, но заряжается медленнее. Если тоньше — заряжается быстро, но емкость невысока.
Ученые нашли способ обойти это ограничение с помощью 3D-печати и компьютерного моделирования. Они спроектировали трехмерную структуру, в которой ионы (заряженные частицы, отвечающие за накопление энергии) не застревают в «мертвых зонах», как это происходит в обычных плоских электродах. Новая конструкция позволяет использовать материал почти полностью.
В результате получился электрод толщиной 5,8 миллиметра, который дает вдвое большую емкость, но при этом не теряет в скорости зарядки и надежности. Такие электроды выдерживают более 7500 циклов зарядки и разрядки без ухудшения характеристик.
Для изготовления ученые использовали микростереолитографию — технологию 3D-печати, которая позволяет создавать сложные переплетенные структуры. Сначала напечатали пористую основу из оксида графена, а затем покрыли ее золотом для лучшей проводимости.
По словам ученых, следующий шаг — адаптировать эту технологию для литий-ионных аккумуляторов, электромобилей и бытовой электроники. В перспективе такие накопители можно будет использовать и в системах хранения энергии от возобновляемых источников, например солнечных или ветряных электростанций.
Читайте также: «Создан электронный чип с рекордной пропускной способностью — 500 Гбит/с».