Появление многочисленных пор и каналов внутри электрода способствует сильному росту емкости батареи. А 3D-печать делает создание подобных сложных структур возможным. В пористых электродах у ионов появляется больше путей для транспортировки: для их перемещения доступен весь объем электрода, а не только его поверхность.
Плюс технологии в том, что емкость аккумулятора можно нарастить, просто добавив микроскопических отверстий в электроды — его размеры остаются прежними.
Исследователи обнаружили, что в современных батареях до 50% электрода не используется — ионы просто не проникают в эту «мертвую» зону. До появления 3D-печати с этим было трудно что-либо сделать. Сама по себе печать тоже не решала проблемы, ведь изначально с ее помощью можно было создать лишь ограниченное число конфигураций для решетчатой структуры электрода.
Сейчас группа исследователей из Университета Карнеги-Меллона и их коллеги из Университета науки и технологий штата Миссури научились регулировать пористость электродов во время печати. Это значит, что появилась возможность экспериментировать с их проводимостью.
Для этого пришлось создать новый метод печати решетчатых микроструктур, который расширяет возможности экспериментировать и искать оптимальные формы для электродов. Профессор Рахул Панат описывает одну из них как «скрещенные пальцы» двух рук, пространство между которым заполняет литий.
По его оценке, выигрыш в емкости может достигать 30-50%. Кроме того, благодаря более свободному перемещению ионов, заряжаться аккумуляторы будут быстрее.
Литий-ионные батареи давно ругают за малую емкость, нестабильность и пожароопасность. Ученые разных мировых университетов реализуют множество проектов как по их улучшению, так и по поиску альтернатив. Например, испанский стартап Earthdas анонсировал графеновые батареи, которые заряжаются в 12 раз быстрее существующих сегодня литий-ионных. Недавно команда исследователей из Кембриджа заявила о доработке литий-ионных батарей. Они нашли группу оксидов, которые сильно сокращают время заряда батарей. А группе исследователей из Брукхейвенской национальной лаборатории (США) удалось увеличить плотность аккумуляторов в три раза.
