中、英大學(xué)合作開(kāi)展石墨烯基3D打印儲(chǔ)能裝置的研究

英國(guó)曼徹斯特城市大學(xué)、切斯特大學(xué)以及中國(guó)中南大學(xué)合作開(kāi)展了一項(xiàng)3D打印石墨烯電池的研究課題，該研究展示了如何用石墨烯基PLA材料（含8%的石墨烯）3D打印儲(chǔ)能裝置。這項(xiàng)研究證明充電電池可用一種更簡(jiǎn)單、更便宜的方式來(lái)制造。在了解這項(xiàng)科研成果之前，我們來(lái)了解一下鋰離子充電電池的原理。鋰離子電池是數(shù)碼相機(jī)、無(wú)人機(jī)和手機(jī)中常見(jiàn)的移動(dòng)電源組件，電池由正電極（見(jiàn)下圖左側(cè)）和負(fù)電極（見(jiàn)下圖右側(cè)）組成。

圖片來(lái)源： Li-ion battery

供電時(shí)，正鋰離子天然被對(duì)面的負(fù)鋰離子吸引而向它們移動(dòng)。最終，負(fù)電極變得100%飽和而不再能容納正離子，此時(shí)電池就沒(méi)電了。再次充電時(shí)，一股電流通過(guò)集電器迫使正電極返回到另一側(cè)。

3d printed 3DE3DE的打印過(guò)程，圖片：nature.com

課題組通過(guò)Graphene 3D Lab3D公司的BlackMagic3石墨烯3D打印線材（含8%石墨烯）制造了圓盤(pán)電極（3DE），在打印后不需要進(jìn)行進(jìn)一步的后期生產(chǎn)或固化。這個(gè)圓盤(pán)電極構(gòu)成獨(dú)立陽(yáng)極中的一層，獨(dú)立陽(yáng)極一共有六層，一旦六層疊合在一起，這些獨(dú)立陽(yáng)極就可以成功地用在鋰離子電池內(nèi)部，這將簡(jiǎn)化鋰離子設(shè)置，讓充電過(guò)程不再需要集電器。

圖片：nature.com

這些陽(yáng)極還有另外一項(xiàng)產(chǎn)生氫氣的功能，而這個(gè)功能通常是昂貴的鉑電極才具有的。雖然石墨烯基PLA材料制造的電極產(chǎn)生氣體的效率沒(méi)有鉑那么高，但它在析氫反應(yīng)（HER）中顯示出“出乎意料的高催化活性”。

來(lái)源：3d科學(xué)谷
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