Инженеры из Университета Карнеги-Меллона разработали новый метод 3д печати электродов, который создает трехмерную микрорешетку с контролируемой пористостью. Новый способ может привести к значительному увеличению емкости и скорости заряда литий-ионных батарей.

Рахул Панат (Rahul Panat), адъюнкт-профессор машиностроения в Университете Карнеги-Меллона и команда исследователей в сотрудничестве с Университетом науки и техники Миссури разработали новый метод изготовления аккумуляторных электродов с использованием аэрозольной струйной 3д печати. Их результаты опубликованы в журнале Additive Manufacturing.

«В случае литий-ионных батарей электроды с пористой архитектурой могут привести к увеличению емкости заряда», — сказал Панат. „Это связано с тем, что такие архитектуры позволяют литию проникать через весь объем электрода, что приводит к очень высокому использованию и, следовательно, к более высокой емкости хранения энергии. В обычных аккумуляторах 30-50% от общего объема электрода не задействован. Наш метод преодолевает эту проблему“.


Было показано, что новая микрорешетка улучшает характеристики батареи несколькими способами, увеличивая в 4 раза удельную емкость и двукратно увеличивая площади поверхности по сравнению с твердым блоком. Кроме того, электроды сохраняли свои сложные трехмерные решетчатые структуры после 40 электрохимических циклов, демонстрируя хорошую механическую прочность.

Исследователи Carnegie Mellon разработали свой собственный метод 3д печати для создания пористых микроструктурированных архитектур, одновременно используя существующие возможности 3D системы Aerosol Jet 3D. Теперь разработчики могут создавать аккумуляторные электроды путем быстрой сборки отдельных капелек в готовые объекты. Полученные структуры имеют сложную геометрию, которую невозможно изготовить с использованием типичных методов экструзии.

Данный метод 3д печати будет очень важен для потребительской электроники, медицинской промышленности, а также эрокосмических применений. По оценкам исследователей, технология будет готова к переходу на промышленные приложения примерно через 2-3 года.