维度网讯，加州大学洛杉矶分校（UCLA）研究团队利用增材制造技术生产出一种3D打印碳电极，与现有同类设备相比，可将锌离子混合电池的充电容量提升7倍以上。
这项发表在《Small》期刊上的研究还引入了一种3D打印测试电池，旨在提高储能研究中性能测量的一致性。该团队开发的电池是一种混合设备，其中一个终端的功能类似于传统锂离子电池的电荷存储组件，另一个终端则使用类似于超级电容器的碳电极。超级电容器作为一种充放电迅速、预期可运行数十年的储能设备，其主要限制在于能量只能存储在电极表面，从而限制了整体容量。
为了克服这一限制，UCLA团队采用紫外激光树脂打印工艺，制造了一种具有蜂窝状或海绵状内部结构的碳电极，其上布满了数十亿个微孔。打印后的电极经过加热和放气处理，只留下带有开放孔隙的导电碳，然后通过化学过程负载氧化钒。由此产生的表面积巨大，一克电极材料如果铺平，大约可覆盖10个网球场。共同通讯作者、UCLA化学与生物化学及材料科学与工程杰出教授Ric Kaner表示，该方法可逐层构建任何3D支架并控制微观结构，大量微小孔洞产生的巨大内部表面积意味着可以存储大量电荷。
除能量密度提升外，该设备在1500次充放电循环后仍保持82%的容量。该团队还指出，锌的丰度大约是锂的100倍，且相对更容易开采和回收，是比锂更可持续的电池化学材料。共同通讯作者、UCLA学院化学与生物化学系助理研究员Maher El-Kady表示，储能未来不会由单一技术定义，该研究提供的锌离子混合设备能够存储近一个数量级更高的容量，可补充当前电网规模储能选项。
该研究还引入了一种3D打印测试电池，旨在改进储能实验室中常用的开放式烧杯装置。标准商用玻璃测试电池成本为1000美元或更高，导致多数研究团队依赖烧杯，而烧杯允许电解液蒸发并引入电极定位的变异性，影响测量精度。UCLA团队的打印电池具有密封顶盖和固定电极槽。在测试中，标准化碳电极在打印电池中经过1500次循环后仍保持98%的电荷，而在传统开放式电池装置中，不到100次循环即失效。第一作者、近期在UCLA完成博士学位的Sophia Uemura博士表示，该概念有助于研究人员获得更一致的测量结果和可靠数据，且3D打印的可及性意味着任何拥有3D打印机的人都可以制作出类似的测试电池并根据自己的工作进行调整。该研究是与台湾国立清华大学（National Tsing Hua University）的科学家合作进行的。
