3D打印的气凝胶电极可促进能量存储

加州大学圣克鲁斯分校 和 中山大学的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室 (LLNL)科学家和合作者 团队 开发了一种新型的气凝胶电极，同时提高了能量和功率密度。这项研究对能源存储行业而言是一个福音。

LLNL材料科学家，《高级材料》杂志上的论文的合著者Swetha Chandraskaran说：“这是我们能够在同一设备中同时提高两个参数的第一个示例 。”

3D打印技术已广泛应用于不同的研究领域，例如储能设备，催化，电子，微流体和生物技术。这些印刷技术已经能够创建独特的材料和设备结构，而这是传统方法无法实现的。

通过探索新的复杂体系结构，3D打印材料可以实现新颖和/或改进的功能。直接墨水书写(DIW)是最常用的3D打印技术之一。它在材料(墨水)选择方面提供了极大的灵活性，最近已被用于制备电化学储能设备的电极，包括锂离子电池，钠离子电池，锂硫电池，锂金属电池和超级电容器。

该设备的先前迭代发现3D打印电极具有很高的功率密度，但能量密度很低，反之亦然。LLNL研究人员先前的工作表明，电极可以支持超高活性材料负载，但功率有限。

“与块状电极相比，这些3D打印电极显示出改善的电解质渗透和离子扩散，”合著者和UCSC化学与生物化学教授Yat Li说。“这项工作证明了3D打印结构在提高气凝胶电极的动力学和固有电存储容量方面的作用。”

该团队创建了一种新的表面功能化3D打印石墨烯气凝胶电极，该电极不仅在高电流密度下实现了基准面存储电容(每单位面积的电荷存储)，而且即使在高质量负载下也可实现超高的本征存储电容。动力学分析表明，电极的电容主要(93.3%)归因于快速动力学过程。

在去年在线期刊Joule上发表的一篇论文的 早期工作中 ，联合研究小组展示了3D打印的多孔石墨烯气凝胶结构， 该结构能够支持超高水平的锰氧化物(MnO 2)，这是一种普通的伪电容材料(一种可以存储化学电荷，并具有较高的理论能量容量)。结果是，与其他类型的电容器相比，超级电容器具有迄今为止记录的最高面电容和高能量密度。新的突破显示出类似的能量密度，但功率密度更高，并且可以为使用超级电容器作为手机，笔记本电脑和其他较小电子设备的超快充电电源开辟道路。