S hitrim razvojem novih energetskih električnih vozil in električnih letal se povpraševanje po podaljšanem dosegu pri obeh vse bolj opira na energijsko-litij-ionske baterije (LIB).

S hitrim razvojem novih energetskih električnih vozil in električnih letal je povpraševanje po podaljšanem dosegu pri obeh vedno bolj odvisno od energijsko-litij-ionskih baterij (LIB).

Trenutno je pri tradicionalnih tekočih baterijah učinkovita dolžina transportne poti Li+ ionov znotraj porozne elektrode ključna. Ta dolžina se povečuje s površinsko obremenitvijo, kar neposredno omejuje hitro-zmogljivost polnjenja. V industriji so bile predlagane različne strategije, med katerimi je redčenje elektrod ena glavnih metod za izboljšanje zmogljivosti hitrosti, vendar ta metoda prihaja na račun gostote energije baterije.

Polprevodniške-baterije, kot končni cilj baterij, se soočajo z izzivi, ki presegajo izkoristek in stroške; eno največjih ozkih grl je reševanje problema nastajanja litijevega dendrita. Kovinski litij je najbolj obetaven anodni material za baterije, vendar rast dendritov, visoka reaktivnost litija in povečanje prostornine predstavljajo varnostne nevarnosti za litijeve kovinske baterije, kar ovira praktično uporabo litijevih kovinskih anod v baterijah za ponovno polnjenje.

Obe glavni bolečinski točki trenutno kažeta na isto rešitev: penjeni baker. Penjeni baker, znan tudi kot 3D baker, je nov baterijski material s številnimi edinstvenimi lastnostmi in prednostmi. Penjen baker je kovinski material z velikim številom enakomerno porazdeljenih med seboj povezanih por, ki izkazuje dobro prevodnost in duktilnost. V aplikacijah litij-ionskih baterij v primerjavi s prvo-generacijo tokovnih odjemnikov iz bakrene folije in drugo-generacijo kompozitnih tokovnih odjemnikov predstavljajo tokovni odjemniki iz penaste kovine tretjo generacijo. Ta tretja-generacija tokovnega zbiralnika je tudi ključni dejavnik, ki določa, ali bo Kitajska lahko prva na svetu, ki bo dosegla industrializacijo vseh-polprevodniških-baterij.

Prvič, penjeni baker kot material baterije ima visoko prevodnost, kar pomaga izboljšati učinkovitost polnjenja in praznjenja baterije. Njegova porozna struktura poveča kontaktno površino med elektrodo in elektrolitom, s čimer izboljša energijsko gostoto baterije in stabilnost cikla. Tradicionalni odjemniki toka (TCC), kot so trdne kovinske folije, vključno s Cu in Al, nimajo poroznosti in so neprepustni za elektrolit. Zato ti TCC ne olajšajo transporta Li+ in omejujejo transport Li+ med elektrodami samo na eno stran, kar omejuje hitro-zmogljivost polnjenja.

Nasprotno pa porozna zasnova penastega bakra omogoča, da ioni Li+ istočasno prehajajo skozi zbiralnik toka in separator, s čimer se razpolovi efektivna transportna razdalja Li+ in štirikrat poveča zmogljivost -omejene C-stopnje difuzije, ne da bi to vplivalo na gostoto energije. Trenutno so vodilni domači in mednarodni proizvajalci visoko-učinkovitih baterij izvedli primerjalne študije. V skladu z najnovejšim člankom Nature baterije, ki uporabljajo ta zbiralnik toka, kažejo visoko specifično energijo (276 Wh kg⁻¹) in precejšnje hitre-zmožnosti polnjenja, ki delujejo pri stopnjah 4 C (78,3 % C/C), 6 C (70,5 % C/C) in 10 C (54,3 % C/C). Ta zasnova poroznega tokovnega zbiralnika je združljiva z obstoječimi postopki izdelave baterij in drugimi hitrimi{16}}strategijami polnjenja, obogati konfiguracijo baterij in zagotavlja boljše zamisli za načrtovanje naslednje{17}}generacije baterij.

Drugič, kar zadeva največjo težavo pri polprevodniških-baterijah-nastajanje litijevih dendritov-velika površina bakrene pene učinkovito razširi območje elektrod, kar zagotavlja več aktivnih mest za elektrokemične reakcije. To vodi do večje gostote toka in zmogljivosti baterije. Še pomembneje pa je, da večje reakcijsko območje pomeni manjši enotni tok, kar bo močno izboljšalo tvorbo litijevega dendrita. V laboratorijih vodilnih proizvajalcev baterij se že pogosto uporablja v kondenziranih-in polprevodniških-baterijah.

Poleg tega ima bakrena pena tudi dobro mehansko trdnost in stabilnost, ki je sposobna prenesti obremenitve, ki nastanejo med menjavanjem baterije, kar podaljšuje življenjsko dobo baterije. To je zelo privlačno tudi za polprevodniške-baterije.

Vsaka GWh baterija zahteva 700 ton bakra za 6 m bakrene folije, kompozitni odjemnik toka pa tehta približno 300 ton, kar zahteva približno 250 ton bakra. Penjen baker potrebuje le približno 100 ton. Občutno zmanjšanje porabe bakra glede na trenutno pričakovano dolgoročno-zvišanje cen bakra lahko ne le prihrani veliko stroškov, ampak tudi znatno izboljša energijsko gostoto baterije.