3D tisk mění baterie: Nové elektrody zdvojnásobují kapacitu a vydrží 7500 nabíjecích cyklů

Vědci z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) dosáhli významného průlomu ve vývoji elektrod pro elektrochemická zařízení pro ukládání energie, jako jsou dobíjecí baterie a superkondenzátory.

Vědci z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) dosáhli významného průlomu ve vývoji elektrod pro elektrochemická zařízení pro ukládání energie, jako jsou dobíjecí baterie a superkondenzátory. Vyvinuli 3D tištěnou konstrukci elektrod, která řeší dlouhodobý problém s kompromisem mezi vysokou kapacitou (schopností uložit velké množství energie) a vysokým výkonem (schopností rychle ji uvolnit). Tato nová architektura zdvojnásobuje kapacitu úložiště, aniž by ovlivnila rychlost nabíjení nebo spolehlivost, což je klíčové pro aplikace v elektromobilech a pro ukládání energie v síti.

Konvenční deskové konstrukce elektrod často vedou k nedostatečnému využití materiálu, protože ionty se nemohou efektivně dostat do hlubších oblastí, což vytváří takzvané „mrtvé zóny“ a koncentrované odporové ztráty. Silné elektrody sice nabízejí větší kapacitu díky většímu množství aktivního materiálu, ale zároveň brání pohybu iontů mezi anodou a katodou, čímž zpomalují rychlost nabíjení. Vědci se proto zaměřili na strukturální inovace namísto pouhé změny chemického složení, aby našli design, který vyváží objem s výkonem.

Tým z LLNL vytvořil ultra silnou elektrodu o tloušťce 5,8 milimetru, která překonává typický pokles výkonu pozorovaný u objemnějších zařízení pro ukládání energie. Kombinovali 3D tisk a výpočetní optimalizaci designu k vytvoření složité, propletené struktury elektrod. Tato architektura maximalizuje povrchovou plochu a zajišťuje, že ionty mají krátké a snadno dostupné cesty v celé struktuře, čímž eliminuje mrtvé zóny. Proces zahrnoval dvoufázový tisk: nejprve porézní bázi z oxidu grafenu pro zlepšení fúze iontů, následovanou zlatou povrchovou vrstvou pro zvýšení elektronické vodivosti.

Optimalizované elektrody výrazně předčily jak 2D modely, tak předchozí 3D tištěné verze. Poskytují vynikající kapacitu úložiště, nižší odpor a robustní životnost přesahující 7 500 cyklů. Dalším cílem je rozšířit tento rámec na různé aplikace, včetně lithium-iontových baterií a elektromobilů. Díky tomuto škálování by se technologie mohla uplatnit ve vysoce výkonných architekturách pro příští generaci spotřební elektroniky a infrastruktury obnovitelných zdrojů energie.