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A porous black structure sits in the hands of Maxime van der Heijden, a University of Waterloo professor, after being printed and before heat treatment. Inside a laboratory battery, the structure is designed to move liquid more effectively—and the team reports that its best version increased performance by 52%.
Une structure noire et poreuse repose dans les mains de Maxime van der Heijden, professeur à l’Université de Waterloo, après son impression et avant son traitement thermique. Dans une batterie de laboratoire, cette structure est conçue pour faire circuler le liquide plus efficacement — et l’équipe indique que sa meilleure version a augmenté les performances de 52 %.
The component belongs to a redox flow battery, or RFB, which stores electricity in liquid electrolytes held in external tanks. Unlike the flammable materials used in lithium-ion batteries, these electrolytes are water-based, making RFBs a potentially safer option for large-scale storage. Their energy capacity can also be increased by using larger tanks, according to van der Heijden.
Le composant appartient à une batterie à flux redox, ou RFB, qui stocke l’électricité dans des électrolytes liquides contenus dans des réservoirs externes. Contrairement aux matériaux inflammables utilisés dans les batteries lithium-ion, ces électrolytes sont à base d’eau, ce qui fait des RFB une option potentiellement plus sûre pour le stockage à grande échelle. Leur capacité énergétique peut également être augmentée en utilisant des réservoirs plus grands, selon van der Heijden.
The researchers used digital light-processing 3D printing to control the electrode’s pores and internal pathways. They tested several triply periodic minimal surface, or TPMS, geometries—complex repeating three-dimensional shapes—and found that the “diamond” design moved the battery liquid most effectively. After heat treatment, the printed structures became conductive carbon electrodes.
Les chercheurs ont utilisé l’impression 3D par traitement numérique de la lumière afin de contrôler les pores et les canaux internes de l’électrode. Ils ont testé plusieurs géométries de surfaces minimales triplement périodiques, ou TPMS — des formes tridimensionnelles complexes et répétitives — et ont découvert que la conception en « losange » faisait circuler le liquide de la batterie le plus efficacement. Après traitement thermique, les structures imprimées sont devenues des électrodes en carbone conductrices.
The team tested the electrodes first in laboratory flow cells and then in a working vanadium redox flow battery, showing that the printed designs can function in an operating battery; the work remains a proof of concept. The study appears in the Journal of Energy Storage.
L’équipe a d’abord testé les électrodes dans des cellules à flux en laboratoire, puis dans une batterie à flux redox au vanadium fonctionnelle, montrant que les conceptions imprimées peuvent fonctionner dans une batterie en service ; ces travaux restent une preuve de concept. L’étude paraît dans le Journal of Energy Storage.
So what changes in practice? If the design scales, it could help grid operators and communities store surplus electricity from wind and solar and return it to the grid later, using a battery architecture whose storage volume is expanded with tanks. The immediate next steps are more surface area, better manufacturing and further testing—not a ready-to-install product.
Qu’est-ce que cela change en pratique ? Si la conception peut être mise à l’échelle, elle pourrait aider les gestionnaires de réseau et les collectivités à stocker le surplus d’électricité produit par l’éolien et le solaire, puis à le réinjecter dans le réseau, grâce à une architecture de batterie dont le volume de stockage est augmenté au moyen de réservoirs. Les prochaines étapes immédiates sont d’accroître la surface, d’améliorer la fabrication et de poursuivre les tests — pas de proposer un produit prêt à installer.