3D-gedruckte Elektroden der University of Waterloo steigern die Leistung von Flow-Batterien um 52 %

de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam der University of Waterloo in Kanada hat mithilfe der 3D-Drucktechnologie die Kernkomponenten von Redox-Flow-Batterien (RFBs) neu gestaltet und eine poröse Elektrodengeometrie hergestellt. Labortests zeigten, dass diese Struktur im Vergleich zu herkömmlichen Designs eine um 52 % höhere Leistung aufweist.

Die Studie wurde von Professor Maxime van der Heijden für Chemieingenieurwesen an der Universität geleitet. Das Team verwendete eine Triply Periodic Minimal Surface (TPMS)-Geometrie, um den Strömungspfad des flüssigen Elektrolyten in der Batterie präziser zu steuern und ihn an die Elektrodenoberfläche zu führen, wo die Energiespeicherreaktion stattfindet. Die Forscher fertigten Testkörper auf einem 3D-Drucker mit digitaler Lichtverarbeitung an und führten anschließend eine Wärmebehandlung der gedruckten Bauteile durch, um sie in leitfähige Kohlenstoffelektroden umzuwandeln.

Beim Vergleich mehrerer TPMS-Konfigurationen zeigte sich, dass die „Diamant“-Konfiguration die beste Leistung erzielte. Im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien, die Energie in festen Materialien speichern, speichern Flow-Batterien Energie in flüssigen Elektrolyten in externen Tanks und verwenden wasserbasierte Chemikalien, ohne die brennbaren Materialien von Lithium-Ionen-Batterien. Durch die Vergrößerung des Tankvolumens lässt sich der Energiespeicherumfang erweitern. Van der Heijden erklärte, dass diese Eigenschaft die Batterien angesichts des wachsenden Anteils intermittierender Wind- und Solarenergie sehr gut für die Speicherung erneuerbarer Energie im Netzmaßstab geeignet mache.

Das Team testete die gedruckten Elektroden in einem Labor-Flow-Batterieaufbau und in einer laufenden Vanadium-Redox-Flow-Batterie und bestätigte, dass diese Designs in realen Betriebssystemen ordnungsgemäß funktionieren. Die Folgeforschung wird sich auf die Vergrößerung der Elektrodenoberfläche, die Verbesserung der Fertigungsmethoden und die Erweiterung weiterer Designwerkzeuge für Elektrodenstrukturen konzentrieren.