Revoluce v ukládání energie: Zinková baterie s 3D elektrodou uchová 7x více energie a vydrží 1500 cyklů

Tým vědců z Kalifornské univerzity v Los Angeles (UCLA) vyvinul novou hybridní zinkovo-iontovou baterii s 3D tištěnou elektrodou.

Tým vědců z Kalifornské univerzity v Los Angeles (UCLA) vyvinul novou hybridní zinkovo-iontovou baterii s 3D tištěnou elektrodou. Tato baterie dokáže uložit více než sedmkrát více energie než podobná hybridní zařízení a po 1 500 nabíjecích a vybíjecích cyklech si stále zachovává 82 % své kapacity, jak uvádí nová studie publikovaná v časopise Small.

Tato technologie je navržena pro aplikace, kde je klíčové rychlé dodávání a dobíjení energie, nízké náklady a dlouhá životnost. Využití zinku místo lithia je významné, protože zinek je stokrát hojnější, snáze se těží a recykluje, což z něj činí udržitelnější a levnější alternativu. Maher El-Kady z oddělení chemie a biochemie UCLA zdůrazňuje, že budoucnost ukládání energie nebude definována jedinou technologií a že tato zinkovo-iontová hybridní zařízení nabízejí téměř o řád vyšší kapacitu, což je důležitý doplněk k současným možnostem pro ukládání energie v síti.

Zařízení kombinuje dva přístupy k ukládání energie. Jeden terminál funguje jako tradiční lithium-iontová baterie, zatímco druhý využívá uhlíkovou elektrodu podobnou těm v superkondenzátorech. Superkondenzátory jsou známé pro rychlé nabíjení a vybíjení a dlouhou životnost, ale obvykle ukládají méně energie, protože náboj je držen pouze na povrchu jejich elektrod. Vědci tento limit překonali zvětšením povrchové plochy uhlíkové elektrody a jejím nasycením oxidem vanadičným, materiálem schopným uložit velké množství energie.

Elektroda má voštinovou nebo houbovitou strukturu s drobnými dutinami. Byla vyrobena technikou 3D tisku, při které kapalná pryskyřice okamžitě ztuhne po vystavení UV laserovému světlu. Po tisku tým použil proces zahřívání a plynování, který odstranil vše kromě vodivého uhlíku s otevřenými otvory. Následně chemickým procesem nanesli na uhlíkovou strukturu oxid vanadičný. Výsledná elektroda má obrovskou vnitřní povrchovou plochu – jeden gram materiálu by po rozložení pokryl plochu asi deseti tenisových kurtů.

Studie také představila 3D tištěnou testovací celu, která má zlepšit měření experimentálních zařízení pro ukládání energie ve výzkumných laboratojích. Tato buňka je levnější a poskytuje konzistentnější výsledky než stávající metody, což může pomoci dalším výzkumníkům získávat spolehlivější data a urychlit vývoj dalších energetických řešení.