3D-печатные электроды могут повысить емкость аккумуляторов

Американские ученые исследовали возможность повышения емкости аккумуляторов за счет использования в качестве электродов пористых микроструктур, напечатанных на 3D-принтере. Первые эксперименты показали четырехкратный прирост эффективности.Чем пористые электроды лучше монолитных? Увеличением эффективной площади поверхностей, соприкасающихся с электролитом, за счет чего повышается ионная пропускная способность и, соответственно, емкость. Вопрос лишь в том, как создать сложную, упорядоченную микроструктуру. Ответ, как вы уже догадались, лежит в аддитивных технологиях.

Исследователи из Университета Карнеги-Меллона и Миссурийского университета наук и технологий использовали технологию аэрозольного напыления (Aerosol Jet Printing) за авторством компании Optomec. Технология предназначена для печати многослойных плат и проводки поверх субстратов сложной формы с разрешением в десять микрон, однако весной прошлого года команда ученых из Университета штата Вашингтон продемонстрировала возможность 3D-печати металлических микроструктур произвольной формы. Руководитель команды, Рахул Панат, с тех пор переехал на кафедру машиностроения Университета Карнеги-Меллона, а на новом месте решил найти практическое применение полученным результатам и развить идею далее. Идея же заключается в использовании таких 3D-печатных микроструктур в качестве электродов для аккумуляторов повышенной емкости.

«В случае с литий-ионными аккумуляторами электроды с пористой архитектурой смогут значительно повысить емкость, потому что такие структуры позволяют ионам лития проникать вглубь, максимизируя полезную площадь электродов с вытекающим повышением емкости. В обычных батареях от 30 до 50 процентов объема электродов не используются. Наш метод решает эту проблему за счет 3D-печати электродов в виде решетчатых микроструктур, обеспечивающих эффективную транспортировку лития по всему объему электродов, что заодно повышает скорость зарядки аккумуляторов», – рассказывает Рахул Панат.В проведенных экспериментах решетки выстраивались из литированного серебра. В сравнении с монолитными аналогами результаты показали повышение удельной емкости в четыре раза при двукратном увеличении площади поверхностей. Полученные образцы продемонстрировали сохранение свойств и структуры после сорока испытательных электрохимических циклов. Дальнейшие исследования будут направлены на поиск наиболее эффективной архитектуры. Доклад научной команды опубликован по этой ссылке.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.