Ученые нашли способ удвоить емкость аккумуляторов без замедления скорости зарядки

Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса разработали новый метод создания электродов для систем накопления энергии, который способен значительно улучшить характеристики аккумуляторов и суперконденсаторов. Вместо изменения химического состава материалов, они сосредоточились на инженерии структуры, создавая оптимизированную трёхмерную архитектуру с помощью 3D-печати.

Современные устройства хранения энергии сталкиваются с проблемой: увеличение толщины электродов действительно повышает их ёмкость, но при этом затрудняет движение ионов внутри материала. Это приводит к образованию "мёртвых зон", где часть объёма не участвует в работе, что снижает скорость зарядки и разрядки.

Новая разработка учёных решает эту проблему. Они создали переплетённую 3D-структуру, которая сокращает путь для ионов, увеличивает активную поверхность и делает распределение заряда более равномерным. Это позволяет использовать материал более эффективно, не снижая скорость работы. По данным исследователей, такой подход почти вдвое увеличивает ёмкость электродов без ухудшения скорости зарядки и долговечности.

В процессе работы использовались методы компьютерной оптимизации и многоэтапная 3D-печать. Сначала формировался пористый каркас на основе оксида графена, затем он покрывался слоем золота для повышения проводимости. Полученная структура показала лучшие результаты по сравнению с традиционными плоскими электродами и ранее предложенными 3D-печатными аналогами. Устройство выдержало более 7500 циклов заряда/разряда без значительной деградации.

Учёные полагают, что такой подход может стать основой для аккумуляторов нового поколения, применяемых в батареях для электромобилей, системах хранения энергии для возобновляемых источников и портативной электроники.

Источник