日本研究人员开发出用于电池的新型 3D 打印电极

2022年8月11日，南极熊获悉，来自日本仙台东北大学的研究人员最近宣布发现了一种3D打印新工艺——3D打印高性能的碳微晶格电池电极。有关这项研究的文章被发表在科学杂志《Small》上。据悉，这项新工艺有望成为生产更便宜、性能更好的电池的替代方法，并且减少电池的生产和使用对环境带来的危害。

当人们意识到汽油动力机器和车辆对环境的负面影响时，似乎只要改用电池就可以解决这些问题了。从那时起，似乎没有人质疑这种新的、所谓完全环保的选择。然而，没过多久，科学家们就发现，这个简单的替代方案毕竟不像它看起来那么绿色。

虽然电池的使用确实对我们的地球没有危害，但另一方面，这些电源的生产和处置却非常有害。生产过程中涉及的危险化学品，以及危险的电池酸，本身就构成了很大的环境威胁，考虑到现在使用的电子设备比以往任何时候都多，这种威胁是一个越来越令人担忧的原因。当然，禁止使用电池不是一种选择，但使其更加生态化的唯一方法是找到更好地利用它们的方法，通过实现更高的性能，从而降低电池的生产量，正如日本研究人员最近的这一发现。

△电池的使用正在增加（图片来源：Tyler Lastovich）。

提高电池的性能

为解决当前的电池污染问题，东北大学材料科学家Akira Kudo和他的同事开发了一个新工艺：通过3D打印用于新型高性能、低成本电池的碳微晶格电极。这种新方法的目标是通过最大限度地提高活性材料的潜力和能力，将用于制造电池的活性材料的装载数量增加到一个电池单元中。这种负载材料的增加有望减少非活性材料。然而，虽然这些非活性材料负载将多个电池结合在一起，但电池将需要更厚的电极，而这将限制离子的移动，并随之限制电池内的电荷。

△3D打印的例子。图片来源：东北大学

在他们的新尝试中，Akira Kudo和他的团队使用立体光刻技术（SLA）从树脂中创造出微晶格结构，然后通过一个称为热解的过程将其碳化而缩小。由此产生的硬质碳阳极能够更快地传输产生能量的离子，并具有更精细的晶格结构，这完全强化了阳极的性能。Kudo还指出："随着3D打印机的分辨率越来越高，钠离子电池最终可能会超过锂离子电池。"尽管这一新发现对Kudo和他的团队来说是一个重大突破，但科学家们仍在努力实现他们的最终目标，即进一步发展这一过程，并很快使用这些精细架构的电极来制造高性能、高性价比的钠离子电池。