Ученые придумали, как удвоить емкость аккумуляторов без потери скорости зарядки

Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса предложили инновационный подход к созданию электродов для систем накопления энергии. Вместо традиционного изменения химического состава материалов команда сосредоточилась на инженерных решениях, разработав оптимизированную трехмерную структуру при помощи методов 3D-печати.

Ключевая проблема современных накопителей энергии заключается в противоречии между толщиной электродов и их функциональностью. Увеличение толщины закономерно повышает емкость, однако при этом серьезно затрудняется движение ионов внутри материала. В итоге значительная часть объема электрода перестает эффективно участвовать в процессе, формируя так называемые «мертвые зоны», что приводит к существенному замедлению скорости зарядки и разрядки.

Разработанная учеными переплетенная 3D-структура позволяет эффективно решить эту задачу. Архитектура электродов сокращает путь для перемещения ионов, значительно увеличивает активную поверхность и способствует равномерному распределению заряда. Благодаря этому материал используется гораздо эффективнее, позволяя избежать компромиссов между энергоемкостью и производительностью.

Согласно результатам исследования, предложенный метод позволяет практически в два раза увеличить емкость электродов без ущерба для скорости зарядки и общей долговечности устройства. В процессе экспериментов специалисты использовали методы компьютерной оптимизации и многоэтапную 3D-печать: сначала создавался пористый каркас на основе оксида графена, который затем покрывался тонким слоем золота для обеспечения необходимой электропроводности.

Тестирование показало, что полученная структура превосходит по своим характеристикам как традиционные плоские электроды, так и аналоги, созданные с помощью других методов 3D-печати. Кроме того, прототип успешно выдержал более 7500 циклов заряда и разряда, не показав признаков существенной деградации.

Авторы разработки уверены, что данный подход открывает путь к созданию аккумуляторов следующего поколения. Технология может быть адаптирована для самых разных нужд: от систем накопления энергии для возобновляемых источников и батарей электромобилей до компактных решений для портативной электроники.