3D打印方法可以改善微储能

使便携式设备更紧凑、更节能的关键之一在于储能电容器的精确纳米级形式。瑞典研究人员报告称，他们已经利用独特的3D打印方法解决了这一难题。

瑞典皇家理工学院的研究人员展示了一种制造玻璃微型超级电容器(MSC的3D打印方法，该方法降低了形成MSC所需的复杂纳米级特征所需的复杂性和时间。

KTH微纳米系统教授FrankNiklaus表示，这一进展可能会带来更紧凑、更节能的便携式设备，包括自给式传感器、可穿戴设备和其他物联网应用。他们的研究发表在《ACSNano》上。

新方法解决了制造此类设备的两个关键挑战。微型超级电容器的性能很大程度上取决于其电极，电极用于存储和传导电能。因此，它们需要更大的电极表面积，并且需要纳米级通道来促进快速离子传输。KTH研究的主要作者Po-HanHuang表示，新研究利用超短激光脉冲3D打印技术解决了这两个挑战。

研究人员发现，超短激光脉冲可以在一种类似玻璃的前体材料氢硅倍半氧烷(HSQ中同时引发两种反应。一种反应导致自组织纳米板的形成，而第二种反应将前体转化为富硅玻璃，这是3D打印工艺的基础。这使得能够快速精确地制造具有大量开放通道的电极，从而最大限度地增加表面积并加快离子传输速度。

研究人员通过3D打印微型超级电容器展示了这种方法，即使在快速充电和放电的情况下也表现良好。

“我们的研究成果代表了微加工技术的重大飞跃，对高性能储能设备的开发具有广泛的意义，”黄说。“除了MSCs，我们的方法在光通信、纳米机电传感器和5D光学数据存储等领域也有着令人兴奋的潜在应用。”

这对于目前常用的技术也具有重要意义。非微型超级电容器已经可以收集制动时产生的能量、稳定消费电子产品的电源，以及优化可再生能源的能量捕获，Niklaus说。“微型超级电容器有可能使这些应用更加紧凑和高效。”