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港理工徐賓剛Small Methods: 用于固態(tài)儲(chǔ)能的3D打印

對(duì)電化學(xué)裝置的需求推動(dòng)了設(shè)計(jì)和制造可靠的固態(tài)電化學(xué)儲(chǔ)能裝置 (EESD) 的前沿研究。3D打印是一種精確且可編程的逐層制造技術(shù)，在構(gòu)建先進(jìn)的固態(tài) EESD和揭示內(nèi)在電荷存儲(chǔ)機(jī)制方面引起了極大的關(guān)注。它為固態(tài)儲(chǔ)能領(lǐng)域提供了全新的機(jī)遇，也帶來了一些挑戰(zhàn)。

在此，香港理工大學(xué)徐賓剛教授等人重點(diǎn)關(guān)注用于固態(tài)儲(chǔ)能的3D打印主題，它彌補(bǔ)了先進(jìn)制造與未來EESD之間的差距。

本綜述從簡(jiǎn)要介紹開始，然后重點(diǎn)介紹3D打印原理，其中回顧了3D打印的基本特征和固態(tài)儲(chǔ)能的關(guān)鍵問題，總結(jié)了3D打印固態(tài)EESD的最新進(jìn)展，包括固態(tài)電池和固態(tài)超級(jí)電容器。

3D打印促進(jìn)了固態(tài)電池的新發(fā)展，其材料組成、內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)和外部幾何形狀可以很容易地進(jìn)行調(diào)節(jié)。重要的是，3D 打印的固態(tài)電池/超級(jí)電容器通常具有很高的電化學(xué)性能和耐用性。

圖1. 3D打印固態(tài)鋰金屬電池示例

最后，作者還提供了關(guān)于3D打印固態(tài)EESD的進(jìn)一步開發(fā)的結(jié)論和觀點(diǎn)：

（1）當(dāng)前3D打印固態(tài)EESD的類別仍然不足，如固態(tài)Li-O₂電池和Na-O₂電池很少通過3D打印構(gòu)建；

（2）應(yīng)進(jìn)一步分析、探索和優(yōu)化更多的3D打印工藝，以實(shí)現(xiàn)高效的固態(tài)儲(chǔ)能；

（3）開發(fā)更多關(guān)于混合固態(tài)EESD（電池+超級(jí)電容器）的3D打印研究；

（4）3D打印固態(tài)EESD的潛在電荷存儲(chǔ)機(jī)制仍然很少被研究，這在很大程度上阻礙了對(duì)充放電過程中的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)制的全面理解。

圖2. 3D打印超級(jí)電容器示例

3D Printing for Solid-State Energy Storage, Small Methods 2021. DOI: 10.1002/smtd.202100877

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