Специалисты Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса представили прорывной метод проектирования электродов для накопителей энергии, способный кардинально повысить эффективность аккумуляторов и суперконденсаторов. Вместо поиска новых химических соединений ученые сосредоточились на архитектурных инновациях, используя методы 3D-печати для формирования оптимальной трехмерной структуры электродов.
Критическим недостатком существующих решений является компромисс между толщиной электродов и их производительностью: наращивание толщины увеличивает емкость, но создает барьеры для ионного транспорта. Это приводит к образованию «мертвых зон» внутри материала, снижая общую эффективность системы и замедляя процессы зарядки.
Предложенный подход устраняет этот технологический барьер. Сложная переплетенная 3D-геометрия существенно сокращает траекторию перемещения ионов, увеличивает площадь активной поверхности и способствует равномерному распределению заряда. Таким образом достигается высокая плотность энергии без потерь в скорости работы.
Испытания подтвердили, что данный метод позволяет практически удвоить емкость электродов, сохраняя при этом высокие темпы зарядки и долговечность. Технология базируется на сочетании компьютерного моделирования и многоступенчатой 3D-печати: изначально создается пористый каркас из оксида графена, который впоследствии металлизируется слоем золота для обеспечения превосходной проводимости.
Полученная архитектура превзошла по характеристикам как классические плоские электроды, так и предыдущие образцы, напечатанные на 3D-принтере. В ходе ресурсных испытаний устройство успешно преодолело рубеж в 7500 циклов заряда/разряда, сохранив при этом исходные показатели работоспособности.
Авторы разработки уверены, что данный метод станет фундаментом для аккумуляторов следующего поколения, открывая перспективы для развития электротранспорта, систем хранения энергии из возобновляемых источников и портативных электронных гаджетов.
Источник: iXBT
