中英高校聯(lián)合研究新成果：3D打印石墨烯基充電電池

　　英國曼徹斯特城市大學(xué)、切斯特大學(xué)以及中國中南大學(xué)的一項(xiàng)合作研究向大家展示了如何用石墨烯基PLA（8%的石墨烯）制造儲(chǔ)能裝置。這項(xiàng)研究證明可用一種更簡單、更便宜的方式來制造充電電池。

　　充電電池的原理

　　鋰離子電池是數(shù)碼相機(jī)、無人機(jī)和手機(jī)中常見的移動(dòng)電源組件。電池由正電極（見下圖左側(cè)）和負(fù)電極（見下圖右側(cè)）組成。

　　供電時(shí)，正鋰離子天然被對面的負(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)電池也就沒電了。再次充電時(shí)，一股電流會(huì)通過集電器，從而迫使正電極返回到另一側(cè)。

　　一種更簡單的解決方案

　　合作研究中的3D打印圓盤電極（3DE）簡化了上文介紹的鋰離子設(shè)置，因?yàn)樗鼈儾恍枰娖鳎瑫r(shí)也不需要在打印后進(jìn)行進(jìn)一步的后期生產(chǎn)或固化。它們的打印材料為石墨烯3D實(shí)驗(yàn)室（Graphene 3D Lab3D）公司的摻有石墨烯的BlackMagic3D線材。

　　3DE的打印過程

　　這些3DE構(gòu)成一層獨(dú)立陽極中的一層，獨(dú)立陽極一共有六層，一旦六層疊合在一起，這些獨(dú)立陽極就可以成功地用在鋰離子電池內(nèi)部。

　　這些陽極還有另外一項(xiàng)可貴的功能：產(chǎn)生氫氣，這通常是昂貴的鉑電極才能做到的事情。雖然產(chǎn)生氣體的效率沒有鉑那么高，但3DE在析氫反應(yīng)（HER）中顯示出“出乎意料的高催化活性”。這項(xiàng)研究已經(jīng)發(fā)表在《Nature in Scientific Reports》雜志上。

　　為什么生產(chǎn)不同的電池？

　　隨著世界各地正在越來越多地使用可再生能源，對儲(chǔ)能設(shè)備的需求在增加。電池的設(shè)計(jì)和材料具有更大的靈活性能增強(qiáng)可再生能源的整體可持續(xù)性。哈佛大學(xué)的Jennifer Lewis研究小組也3D納米打印了用于微型設(shè)備的微型電池。