Новая разработка обеспечивает более 7500 циклов заряда/разряда без существенной деградации
Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса предложили новый способ создания электродов для систем накопления энергии, который может заметно улучшить характеристики аккумуляторов и суперконденсаторов. Вместо изменения химического состава материалов они сосредоточились на инженерии структуры — создании оптимизированной трёхмерной архитектуры с помощью 3D-печати.
Проблема современных устройств хранения энергии в том, что увеличение толщины электродов действительно повышает их ёмкость, но одновременно затрудняет движение ионов внутри материала. В результате часть объёма перестаёт эффективно участвовать в работе, появляются так называемые «мёртвые зоны», а скорость зарядки и разрядки снижается.
Новая разработка решает именно эту задачу. Учёные создали переплетённую 3D-структуру, которая сокращает путь для ионов, увеличивает активную поверхность и делает распределение заряда более равномерным. Это позволяет использовать материал эффективнее, не жертвуя скоростью работы.
По данным исследователей, такой подход позволяет почти в два раза увеличить ёмкость электродов без ухудшения скорости зарядки и долговечности. В процессе работы применялись методы компьютерной оптимизации и многоэтапная 3D-печать: сначала формировался пористый каркас на основе оксида графена, затем он покрывался слоем золота для повышения проводимости.
Получившаяся структура показала лучшие результаты по сравнению как с традиционными плоскими электродами, так и с ранее предложенными 3D-печатными аналогами. Кроме того, устройство выдержало более 7500 циклов заряда/разряда без существенной деградации.
Учёные считают, что подобный подход может стать основой для аккумуляторов нового поколения — от батарей для электромобилей до систем хранения энергии для возобновляемых источников и портативной электроники.
