工業(yè)和地?zé)徇^(guò)程產(chǎn)生的低等級(jí)廢熱是可通過(guò)能量回收利用的大量能源。熱再生氨電池(TRAB)是最近被開(kāi)發(fā)出來(lái)的極具前途的儲(chǔ)能技術(shù)。應(yīng)用該技術(shù)可有效的將低等級(jí)廢熱轉(zhuǎn)化為電能。在發(fā)電過(guò)程中氨被添加到陽(yáng)極，銅電極失去電子，形成銅-氨絡(luò)合物。電子通過(guò)外部電路到達(dá)陰極，從而產(chǎn)生電流。在熱再生過(guò)程中，NH₃在通過(guò)加熱放電后從用過(guò)的陽(yáng)極電解液中分離出來(lái)，以確保可持續(xù)的發(fā)電。為了提升TRAB的儲(chǔ)能性能，研究人員提出采用3D泡沫銅通過(guò)增加電極表面積的方式來(lái)提升電池性能。然而，這種方式會(huì)增加傳質(zhì)阻力且在長(zhǎng)時(shí)間電池反應(yīng)后會(huì)導(dǎo)致泡沫銅的骨架破裂，使得電池失效。3D多孔碳作為骨架的Cu/C復(fù)合電極是被提出來(lái)的可改善這一問(wèn)題的新技術(shù)。廉價(jià)的多孔碳作為骨架不參與陽(yáng)極和陰極的化學(xué)反應(yīng)，可提高電極框架的穩(wěn)定性。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電極表面積和傳質(zhì)阻力的控制，重慶大學(xué)張亮使用3D打印技術(shù)制造多孔碳基鍍銅復(fù)合電極來(lái)提升TRAB性能，并研究了電極孔徑對(duì)傳質(zhì)阻力和TRAB性能的影響。

作者采用3D打印技術(shù)（圖1所示）制造了孔徑尺寸為0.5、0.6、0.7、0.8和0.9 mm的1×1×1 cm³的Cu/C復(fù)合電極，并應(yīng)用這些電極構(gòu)建了TRAB電池，同時(shí)還構(gòu)建了具有相同電極尺寸和反應(yīng)器的泡沫銅的TRAB。為了觀察陽(yáng)極的電極孔徑對(duì)電池性能的影響，將具有相同直徑的電極作為陰極，具有不同直徑的電極作為陽(yáng)極。

本文提出了利用3D打印多孔Cu/C復(fù)合電極來(lái)提高TRAB-Cu/C的發(fā)電能力。結(jié)果表明，通過(guò)3D打印技術(shù)可以成功地將銅電鍍?cè)谔脊羌鼙砻?，并?shí)現(xiàn)對(duì)電極孔徑的調(diào)節(jié)。由于Cu/C電極反應(yīng)電阻較低，TRAB- Cu/C的最大功率密度比TRAB- Cu的最大功率密度高5.8%。此外，電極孔徑減小導(dǎo)致電極表面積增大，進(jìn)而增大傳質(zhì)阻力。隨著電極孔徑的增大，最大功率密度先增大后減小，在電極孔徑為0.6 mm時(shí)最大功率密度達(dá)到峰值。這項(xiàng)研究為熱再生氨電池(TRAB)的進(jìn)一步工業(yè)化的應(yīng)用提供了技術(shù)支持。

Performance of a Thermally Regenerative Battery with 3D-Printed Cu/C Composite Electrodes: Effect of Electrode Pore Size, Industrial & Engineering Chemistry Research, 2020.