อิเล็กโทรดพิมพ์ 3 มิติเพิ่มประสิทธิภาพแบตเตอรี่โฟลว์

การพิมพ์ 3 มิติปฏิวัติเทคโนโลยีแบตเตอรี่โฟลว์สำหรับโรงงานในอาเซียน \\[10pt] ในงานวิจัยที่เป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวาง นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคนิคเอินด์โฮเฟนและมหาวิทยาลัยวอเตอร์ลูได้พัฒนาวิธีการพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ที่มีโครงสร้างภายในที่ได้รับการปรับให้เหมาะสม นวัตกรรมนี้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของแบตเตอรี่โฟลว์แบบเรดอกซ์ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีสำคัญในการเก็บพลังงานทดแทน สำหรับโรงงานในประเทศไทย ประเทศเวียดนาม อินโดนีเซีย และมาเลเซีย นี่หมายความว่าจะมีโซลูชันการเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่ามากขึ้น \\[10pt] ทีมนักวิจัยใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติราคา 350 ดอลลาร์ เพื่อสร้างอิเล็กโทรดที่มีโครงสร้างภายในหลากหลาย รวมถึงโครงสร้างแบบเพชร ออกแบบเฉพาะนี้แสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพในการถ่ายโอนมวลสูงกว่าสองเท่าเมื่อเทียบกับโครงสร้างแบบตาราง พร้อมทั้งลดแรงต้านทางไฮดรอลิก แบตเตอรี่โฟลว์แบบเรดอกซ์เหมาะสำหรับการเก็บพลังงานลมและแสงอาทิตย์ เนื่องจากกำลังและศักยภาพในการเก็บสามารถปรับขนาดได้อย่างอิสระ แต่ระบบเชิงพาณิชย์ในปัจจุบันมักใช้แผ่นใยคาร์บอนเป็นอิเล็กโทรด ซึ่งแม้จะมีพื้นที่ผิวมาก แต่ก็มีแรงต้านทางเหมือนฟองน้ำหนาแน่น ทำให้มีแรงดันสูญเสียสูงและต้องใช้ปั๊มมากขึ้น ไฟฟ้าใหม่ที่พิมพ์ 3 มิติ ซึ่งมีการออกแบบโดยใช้สมการพื้นผิวทางคณิตศาสตร์ สามารถลดแรงต้านนี้ได้อย่างมาก \\[10pt] เพื่อทดสอบประสิทธิภาพของการออกแบบใหม่เหล่านี้ นักวิจัยพิมพ์ 3 มิติอิเล็กโทรดสี่รูปแบบที่แตกต่างกันแล้วอบที่ 1,000°C เพื่อแปลงโพลิเมอร์เป็นคาร์บอนที่นำไฟฟ้า ทั้งสี่การออกแบบมีความโปร่งใสเดียวกัน (70% เป็นพื้นที่ว่าง) และขนาดของหน่วยซ้ำ (1 มม.) ทำให้สามารถเปรียบเทียบได้อย่างควบคุม โครงสร้างแบบเพชรทำงานได้ดีที่สุด กระจายของเหลวได้สม่ำเสมอที่สุดในช่องทางของมัน และมีพื้นที่ผิวมากที่สุดในระหว่างการออกแบบที่พิมพ์ ยังมีความต้านทานไฟฟ้าต่ำที่สุด เมื่อเทียบกับอิเล็กโทรดคาร์บอนฟีลท์เชิงพาณิชย์ การออกแบบที่พิมพ์ 3 มิติมีแรงดันสูญเสียต่ำกว่ามาก ตั้งแต่ 14 ถึง 80 กิโลปาสคาลต่อเมตรที่ 10 ซม. ต่อวินาที ในขณะที่ฟีลท์มี 745 กิโลปาสคาลต่อเมตร \\[10pt] นักวิจัยยังสำรวจว่าความโปร่งใสส่งผลต่อประสิทธิภาพอย่างไร โดยทดสอบอิเล็กโทรดแบบจิรอยด์ที่มีความโปร่งใส 90% 70% และ 50% รูปแบบที่โปร่งใสที่สุดทำงานได้ดีกว่ารูปแบบที่หนาแน่นที่สุดในทุกความเร็วของการไหล แม้ว่าจะมีพื้นที่ผิวน้อยกว่า 2.8 เท่า ในสภาพการไหลปานกลาง จิรอยด์ 90% ให้กระแสไฟฟ้า 134 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร ในขณะที่ 70% คิวบิกให้ 101 มิลลิแอมแปร์ สำหรับสารละลายที่มีปฏิกิริยาเคมีรวดเร็ว การมีช่องทางการไหลที่กว้างขวางดูเหมือนจะสำคัญกว่าการเพิ่มพื้นที่ผิว \\[10pt] แม้ว่าโครงสร้างที่พิมพ์ 3 มิติจะหดตัวลงระหว่างการอบและพัฒนาผนังภายในที่ว่างเปล่า แต่การทดสอบแนวคิดในแบตเตอรี่โฟลว์วาเนเดียมแบบครบวงจรได้รับประสิทธิภาพแรงดัน 76% ที่ 50 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร ประสิทธิภาพคูลอมบิกต่ำกว่าที่ 71% ซึ่งนักวิจัยอธิบายว่าเกิดจากการข้ามไปมาของไอออนวาเนเดียมและการเกิดปฏิกิริยาข้างเคียง ซึ่งอาจถูกเพิ่มขึ้นจากการเสียหายของเยื่อจากการกดดันของอิเล็กโทรดที่พิมพ์แข็ง \\[10pt] สำหรับโรงงานในภูมิภาคอาเซียน การพัฒนานี้นำเสนอทางเลือกที่น่าสนใจในการเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่ามากขึ้น ด้วยการใช้อิเล็กโทรดที่พิมพ์ 3 มิติ ผู้ผลิตสามารถลดต้นทุนการดำเนินงาน ปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และสนับสนุนการเปลี่ยนแปลงไปสู่แหล่งพลังงานทดแทน ตามที่เทคโนโลยีนี้พัฒนาขึ้น คาดว่าการพิมพ์ 3 มิติจะกลายเป็นเครื่องมือมาตรฐานในการปรับแต่งอิเล็กโทรดให้เหมาะสมกับเคมีแบตเตอรี่และเงื่อนไขการทำงานเฉพาะ ซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของแบตเตอรี่โฟลว์ในแอปพลิเคชันอุตสาหกรรม