3D-печатные электроды Университета Ватерлоо повышают производительность проточных батарей на 52%

Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа Университета Ватерлоо (University of Waterloo) в Канаде использовала технологию 3D-печати для перепроектирования ключевых компонентов проточных окислительно-восстановительных батарей (Redox Flow Batteries, RFBs), создав пористую геометрию электродов. Лабораторные испытания показали, что данная структура повышает производительность на 52% по сравнению с традиционными конструкциями.

Исследование возглавил профессор химической инженерии университета Максим ван дер Хейден. Команда применила геометрию трижды периодических минимальных поверхностей (TPMS) для более точного контроля путей потока жидкого электролита внутри батареи, обеспечивая его достижение поверхности электродов, где происходят реакции накопления энергии. Исследователи изготовили опытные образцы на 3D-принтере с цифровой обработкой света, после чего подвергли напечатанные детали термической обработке, преобразовав их в электропроводящие углеродные электроды.

Сравнив различные конфигурации TPMS, исследователи обнаружили, что конфигурация «алмаз» показала наилучшие результаты. В отличие от традиционных батарей, которые хранят энергию в твердых материалах, проточные батареи хранят энергию в жидком электролите, находящемся во внешних резервуарах, и используют водные химические вещества, не содержащие легковоспламеняющихся материалов, как в литий-ионных батареях. Увеличение объема резервуара позволяет расширить масштаб накопления энергии. Ван дер Хейден отметил, что, учитывая растущую долю электроэнергии из непостоянных источников ветровой и солнечной энергии, эта характеристика делает такие батареи идеально подходящими для накопления возобновляемой энергии на уровне электросети.

Команда протестировала напечатанные электроды в лабораторных проточных ячейках и в работающей ванадиевой окислительно-восстановительной проточной батарее, подтвердив, что эти конструкции функционируют корректно в реальных рабочих системах. Дальнейшие исследования будут сосредоточены на увеличении площади поверхности электродов, совершенствовании методов производства и расширении набора инструментов для проектирования структур электродов.