Мікротехнічні електроди можуть скоротити витрати на виробництво акумуляторів

Надруковані на 3D-принтері решітки були виготовлені в трьох розмірах. Карбонізація за допомогою піролізу стиснула електрод і підвищила його продуктивність. Авторство: Університет Тохоку Нові, легко виготовлені, високоефективні вуглецеві електроди незабаром можна буде використовувати для виготовлення дешевших батарей, що живляться легкодоступними іонами натрію. Цей підхід опублікували дослідники з Університету Тохоку та їхні колеги в журналі Small.

Літій-іонні батареї використовуються в широкому діапазоні застосувань, від смартфонів до електромобілів, завдяки їхній високій продуктивності та здатності накопичувати велику кількість енергії. Однак виробництво цих батарей є дорогим, запаси металу швидко вичерпуються, а його видобуток може бути шкідливим для навколишнього середовища. Вчені хочуть знизити витрати на виробництво акумуляторів і знайти спосіб розкрити потенціал більш доступних іонів натрію.

Вчений-матеріалознавець університету Тохоку Акіра Кудо, доктор філософії. Студент Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі Юто Кацуяма та його колеги шукають шляхи досягнення високопродуктивних і недорогих акумуляторів шляхом збільшення кількості активних матеріалів, які використовуються для виготовлення батареї в один акумуляторний елемент. Це зменшило б неактивні матеріали, які використовуються для зв’язування кількох клітин. Однак це вимагає виготовлення більш товстих електродів, які б обмежували рух іонів — і, отже, рух електричного заряду — всередині батареї.

Кудо та його команда вирішують це, розробляючи підхід, який виготовляє високоефективні негативно заряджені (анодні) електроди з мікроархітектурою.

Цей підхід передбачає використання 3D-стереолітографії для друку мікрорешіткових структур зі смоли. Потім мікрогратки зменшуються шляхом карбонізації за допомогою процесу, який називається піролізом. Було виявлено, що отримані тверді вугільні аноди дозволяють швидко транспортувати іони, що генерують енергію. Крім того, оскільки команда покращила структуру решітки, її продуктивність покращилася. Оскільки 3D-принтери отримують все більшу роздільну здатність, натрієві батареї можуть зрештою перевершити літій-іонні, каже Кудо.

Далі команда має на меті використати той самий підхід для виготовлення позитивно заряджених (катодів) електродів. Кінцева мета полягає в тому, щоб використовувати ці добре сконструйовані електроди для виготовлення високопродуктивних, економічно ефективних іонно-натрієвих батарей. Джерело