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中科院大连化物所研制出3D打印钠离子微型电池

来源:中国科学报 孙丹宁  发表时间:2022-8-24 11:06:48   浏览:

  近日,中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室研究员吴忠帅与副研究员郑双好团队,开发了可形成三维导电网络的电极油墨与具有高离子电导率的电解质油墨,显著提高了3D打印高载量微电极中的电子和离子传输效率,研制出了高容量、高倍率柔性化的钠离子微型电池。相关成果发表于《先进材料》。

  平面钠离子微型电池具有钠资源丰富、成本低且钠离子传输较快等优势,被认为是一种有前景的新型微功率源。目前,钠离子微型电池通过微加工技术制备出的微电极通常厚度有限(<10μm),使得其面积容量低于0.04mAh/cm2,难以满足对更高面积容量的需求。为此,需要发展一种高效可行的策略来构建三维结构的钠离子微型电池(电极厚度>100μm),以充分利用有限的空间。然而,厚电极因弯曲度高、离子扩散路径长、电极材料利用不充分,阻碍了电子/离子的快速传输和转化,从而难以实现高性能钠离子微型电池的构筑。

  团队通过3D打印构建出了高面积比容量、高倍率平面钠离子微型电池。他们制备具有适当黏度和流变特性的3D打印电极油墨,3D打印厚电极(厚度达1200μm)具有三维多孔导电框架结构,有效提高了钠离子微型电池的电化学性能。该钠离子微型电池在低电流密度2mA/cm2时表现出4.5mAh/cm2的高面容量和7.33mWh/cm2的高面能量密度,其在高电流密度40mA/cm2时仍具有3.6mAh/cm2的高面容量以及6000圈的长循环稳定性。此外,该钠离子微型电池还表现出了优异的机械柔性。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1002/adma.202205569

  (原载于《中国科学报》 2022-08-24 第4版 综合)
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