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3D打印石墨泡沫革新電極材料 聯(lián)合團隊利用數(shù)字光處理和化學氣相沉積兩種現(xiàn)代工業(yè)技術，研制的一種獨特的3D中空石墨泡沫（HGF），具有周期性多孔結構和良好力學性能，成功實現(xiàn)了電極高機械強度和超高活性材料負載量。相關論文已發(fā)表于《探索》。 “該成果不僅為制備優(yōu)秀機械強度和電化學性能的電極材料提供了一種新方法，也為先進能源存儲設備的規(guī)模化應用提供了一條新路徑。”論文通訊作者、中國科學院院士、西北工業(yè)大學柔性電子前沿科學中心首席科學家黃維對《中國科學報》說。 3D打印電極廣受關注 隨著社會的高速發(fā)展以及人們對能源需求的不斷增加，尋找一種可循環(huán)再生的綠色能源成為當下熱點。由于3D打印技術可以快速成型且成本相對低廉，其在綠色能源領域的應用廣受關注。 3D打印技術包括熔融沉積建模、噴墨打印、選擇激光熔融和立體光刻等。過去幾年，使用3D打印技術創(chuàng)建電化學能量轉換和存儲的電極/設備的相關研究大量涌現(xiàn)，科學家在該領域也取得了不少成績，但仍然面臨很多挑戰(zhàn)與技術缺陷。 自2018年起，西北工業(yè)大學團隊便致力于開發(fā)具有更高精度和獨特結構設計的新型3D 打印電極。 “自團隊成立以來，通過3D打印技術實現(xiàn)高性能電極的定制化和產業(yè)化，一直是我們的奮斗目標。通過選擇不同的打印技術、結構設計和打印材料，實現(xiàn)電極材料多樣化的定制。”論文通訊作者、西北工業(yè)大學柔性電子研究院教授官操對《中國科學報》介紹說。 由于3D打印電極可以提供更高的活性材料負載量，從而實現(xiàn)了更高的能量密度和功率密度。近年來，該技術在金屬離子電池、金屬空氣電池和超級電容器等能源存儲領域的應用研究逐漸火熱起來。 多年來，作為導電介質中輸入或導出電流的組件，科學家不斷調整組成電極，以期獲得更好的電池性能。目前，常用的電極材料包括金屬、金屬氧化物、金屬碳化物、金屬硫化物、碳基材料、導電聚合物、金屬有機框架材料及其復合材料等。 其中碳基材料，如石墨烯和碳納米管是柔性透明導電電極最常用的電極材料之一，擁有優(yōu)異的電學、光學和機械性能。高質量的石墨烯憑借導電性好、機械柔韌性強和光學透明度高、化學穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，被廣泛應用于柔性透明導電電極制備。 不過，論文作者、新加坡國立大學團隊帶頭人丁軍教授也表示，目前針對3D打印技術在碳基材料的實際應用，依舊存在一定局限。 機械穩(wěn)定性壓倒一切 目前，3D打印技術制備薄膜電極主要有擠出式和噴墨式兩種方法。這兩種方法的工作原理盡管較為類似，但所用墨水的性質卻有較大差異。 |
