北京
該裝置采用海綿狀3D打印電極，以改善可再生能源電網(wǎng)的電荷存儲(chǔ)能力。
根據(jù)發(fā)表在《Small》期刊上的一項(xiàng)新研究，加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）牽頭的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種帶有3D打印電極的鋅離子混合電池，其存儲(chǔ)的電荷量是同類混合裝置的七倍多。
該裝置專為需要快速充放電、低成本且長壽命的儲(chǔ)能應(yīng)用而設(shè)計(jì)。
研究重點(diǎn)是用鋅替代鋰，因?yàn)殇\被認(rèn)為更便宜、更可持續(xù)：其豐度是鋰的100倍，更易開采，也更易回收。
“能源存儲(chǔ)的未來不會(huì)由單一技術(shù)決定，”共同通訊作者、加州大學(xué)洛杉磯分校化學(xué)與生物化學(xué)系助理研究員馬希爾·埃爾-卡迪表示，“在某個(gè)節(jié)點(diǎn)，我們需要尋找能夠補(bǔ)充當(dāng)前電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能選項(xiàng)的方案。我們?cè)谶@項(xiàng)研究中所做的工作，本質(zhì)上為我們提供了容量高出近一個(gè)數(shù)量級(jí)的鋅離子混合裝置。”
混合電池-超級(jí)電容器設(shè)計(jì)
加州大學(xué)洛杉磯分校團(tuán)隊(duì)開發(fā)的裝置結(jié)合了兩種儲(chǔ)能方式。一個(gè)端子充當(dāng)傳統(tǒng)鋰離子電池的儲(chǔ)能部分，另一個(gè)則使用與超級(jí)電容器中類似的碳電極。
超級(jí)電容器以快速充放電和長工作壽命著稱，但由于電荷僅存儲(chǔ)在電極表面，它們通常儲(chǔ)存的能量較少。
研究人員通過增大碳電極的表面積并在其上負(fù)載能夠存儲(chǔ)大量能量的氧化釩材料，克服了這一局限。
這種組合使該混合裝置能夠儲(chǔ)存遠(yuǎn)超類似電容器系統(tǒng)的電荷量。
3D打印電極增加電荷存儲(chǔ)
該電極設(shè)計(jì)呈蜂窩狀或海綿狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部布滿微小空腔。它采用3D打印技術(shù)制造，液態(tài)樹脂在紫外激光照射下瞬間固化。
打印完成后，團(tuán)隊(duì)通過加熱和通氣工藝去除除導(dǎo)電碳及開孔結(jié)構(gòu)以外的所有物質(zhì)。接著，研究人員利用化學(xué)方法將氧化釩負(fù)載到碳結(jié)構(gòu)上。
由此制得的電極具有極大的內(nèi)表面積。據(jù)研究細(xì)節(jié)披露，一克該材料如果展平成一張紙，其面積可覆蓋約10個(gè)網(wǎng)球場。
測試中，該裝置儲(chǔ)存的電荷是其他電容器的七倍多，并在1500次充放電循環(huán)后仍保持82%的容量。
3D打印測試池改進(jìn)實(shí)驗(yàn)室測量
該研究還引入了一種3D打印測試池，旨在改進(jìn)研究實(shí)驗(yàn)室中實(shí)驗(yàn)性儲(chǔ)能裝置的測量。
目前，許多實(shí)驗(yàn)室使用的是在敞口燒杯中盛裝電解液并放置兩個(gè)電極的基礎(chǔ)裝置。雖然也有預(yù)制玻璃測試池，但其價(jià)格可達(dá)1000美元甚至更高。敞口燒杯裝置雖然更便宜，但存在兩個(gè)主要缺點(diǎn)：電解液蒸發(fā)和電極位置不一致。
“我們希望這一概念能對(duì)該領(lǐng)域的其他研究人員有所幫助，使他們能為自己的裝置獲取更一致的測量數(shù)據(jù)和更可靠的結(jié)果，”第一作者、最近從加州大學(xué)洛杉磯分校獲得博士學(xué)位的索菲婭·上村表示。
該研究發(fā)表在《Small》期刊上。
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