Электрод новой архитектуры аккумуляторной батареи

Электрод новой архитектуры аккумуляторной батареи

Аддитивное производство (трехмерная печать) вполне допустимо использовать под создание электродов с пористой структурой, используемых в составе литий-ионных аккумуляторных батарей. Правда, специфичный характер производственного процесса несколько ограничивает архитектуру конструкций трехмерных печатных электродов. До сих пор использовалась так называемая гребенчатая внутренняя геометрия. Такую архитектуру можно представить в виде металлических зубцов с литиевым челноком между двумя сторонами, блокированных подобно пальцам двух сложенных вместе рук.

Трёхмерная микроскопическая структура решётки

Свойства литий-ионного аккумулятора значительно улучшаются, если на микроскопически масштабном уровне электроды АКБ насыщены порами и каналами.

Гребенчатую геометрию трудно считать оптимальной реальностью, несмотря на вполне эффективный транспорт лития внутри батареи в цикле зарядки / разрядки.

И вот, специалисты Университета науки и техники Миссури разработали революционно новый метод трехмерных аккумуляторных электродов. Технология создает трехмерную структуру микроскопической решетки с поддержкой контроля пористости.

Ранее публикации журнала «Additive Manufacturing» описывали 3-D печать структуры микро-решетки, благодаря чему существенно улучшается пропускная способность АКБ и цикличность заряда / разряда литий-ионных аккумуляторов.

Создание подобной архитектуры способствует проникновению лития через объем электрода с очень высокой эффективностью. Следовательно, можно говорить об эффекте высокой емкости под хранение энергии.

Казус обычных батарей – бездействие на 30-50% общего объема электрода. Новый метод преодолевает эту серьёзную проблему через использование 3D-печати.

Посредством новой технологии создаётся архитектура электрода с микро-решеткой, которая позволяет эффективно переносить литий по всей площади электрода, увеличивая при этом скорость заряда аккумулятора.

Новый способ изготовления электродов АКБ

Инновационный аддитивный способ изготовления электродов видится геометрической оптимизацией трехмерных конфигураций под хранение электрической энергии.

По оценкам специалистов, новая технология будет полностью подготовлена к освоению на уровне промышленности примерно через 2-3 года.

Пока же экспериментально показано, как микроскопическая решётчатая структура электродов литий-ионных батарей, поднимает характеристики АКБ:

  1. Увеличением вчетверо удельной емкости и увеличением вдвое площади поверхности.
  2. Сохранением электродами работоспособности сложных решетчатых структур спустя 40 циклов заряда/разряда.

Таким образом, модернизированные аккумуляторные батареи способны выдавать большую емкость при неизменном весе или при одинаковой мощности показывать значительно уменьшенные весовые характеристики, что является важным фактором для применения на транспорте.


На основе материалов: OSU