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  • 我所發表3D打印微型電池機遇與挑戰的綜述文章

    近日,我所催化基礎國家重點實驗室二維材料化學與能源應用研究組(508組)吳忠帥研究員團隊受邀撰寫了3D打印微型電池的綜述文章,系統總結了3D打印在微型電池電極結構、器件構型和系統集成方面的重要研究進展及未來發展趨勢。

    隨著柔性/可穿戴電子產品、自供電微系統和物聯網的廣泛普及,電子系統從“不可移動/笨重”轉變為“便攜/緊湊”,刺激了超越傳統電池技術新型電源的開發。相比于剛性/笨重的傳統電源,3D打印微型電池具有設計多樣性,形狀/性能與電子器件高兼容性,可擴展/低成本的可加工性。發展3D打印材料、墨水、方法、器件構型,以及厘清它們與系統之間的關聯,是實現可定制高性能3D打印微型電池的關鍵。自2019年以來,508組研究團隊在3D打印微型電化學能源材料與器件方面開展了較為系統的研究:設計并發展了3D打印高電壓微型超級電容器(J. Energy Chem.,2021),3D打印長壽命鋅離子雜化電容器(Adv. Energy Mater.,2022),3D打印柔性化鈉離子微型電池(Adv. Mater.,2022),3D打印高能量鋰金屬電池(Energy Storage Mater.,2023),3D打印定制化電解質(Natl. Sci. Rev.,2023),3D打印可降解微型超級電容器(ACS Nano,2023),3D打印微型超級電容器與濕度傳感集成系統(Carbon Energy,2024),以及3D打印模塊化微型超級電容器(Adv. Mater.,2024)等。

    本綜述聚焦于3D打印微型電池的最新進展,以及可打印材料、墨水的理性設計與打印技術之間的密切關系。首先,文章討論了不同類型3D打印技術構筑微型電池的獨特性及可適配性,介紹了微型電池的可打印單元和制備可打印墨水的普適性方法;隨后,重點闡述了3D打印在微型電池電極結構、器件構型,性能調控和系統集成方面的突出作用;最后,文章指出,基于新型功能材料設計,先進打印技術開發,新器件結構研制,小尺度下獨特反應機制闡釋和集成微系統構建的全鏈條研究工作,可最大限度挖掘3D打印微型電池的應用潛力。

    相關研究成果以“The Status and Challenging Perspectives of 3D-Printed Micro-Batteries”為題發表在Chemical Science上。該工作的第一作者是我所508組博士畢業生馬佳鑫。上述工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的資助。(文/圖 馬佳鑫、鄭雙好)

    文章鏈接:https://doi.org/10.1039/D3SC06999K

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