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首页 > 资讯中心青岛3D打印生物(wù)可(kě)降解電(diàn)池，有(yǒu)望减少電(diàn)子垃圾
发布时间：2021-09-22
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瑞士联邦材料科(kē)學(xué)与技术实验室 (EMPA) 的研究人员已使用(yòng) 3D 打印制造出一种可(kě)持续的新(xīn)型超级電(diàn)容器。
全3D打印電(diàn)池由柔性纤维素和甘油基板组成，并用(yòng)导電(diàn)碳和石墨墨水图案化，能(néng)够承受数千次充電(diàn)循环，同时保持其容量。由于其可(kě)生物(wù)降解的基础，这种新(xīn)型電(diàn)池在完成后也可(kě)以进行堆肥，有(yǒu)可(kě)能(néng)使其成為(wèi)解决世界電(diàn)子废物(wù)问题的理(lǐ)想工具。
寻找可(kě)持续的“EDLC”
据 EMPA 科(kē)學(xué)家称，最近電(diàn)子可(kě)穿戴设备、包装和物(wù)联网 (IoT) 应用(yòng)的蓬勃发展使这些设备的全球数量增加到 270 亿。然而，鉴于它们的生命周期短，而且它们往往由不可(kě)再生的锂离子或碱性電(diàn)池供電(diàn)，许多(duō)此类产品最终将被填埋，从而加剧全球“電(diàn)子垃圾”问题。
為(wèi)了开发更环保的储能(néng)设备，科(kē)學(xué)家们因此开始试验双電(diàn)层電(diàn)容器或“EDLC”。这些高容量、快速充電(diàn)的超级電(diàn)容器至少可(kě)以部分(fēn)由可(kě)生物(wù)降解的材料制成，可(kě)能(néng)使它们成為(wèi)通常需要专门处理(lǐ)服務(wù)的普通電(diàn)池的理(lǐ)想替代品。
尽管对 EDLC 研发进行了大量研究，但它们的不同部件（例如電(diàn)极和集電(diàn)器）可(kě)能(néng)难以通过单一制造工艺生产。更重要的是，许多(duō)原型 EDLC 最多(duō)是部分(fēn) 3D 打印的，需要耗时且昂贵的组装或后处理(lǐ)，这使得它们作為(wèi)商(shāng)业企业没有(yǒu)吸引力。
EMPA 研究人员的電(diàn)池 DIW 3D 打印方法
“最先进”的超级電(diàn)容器
為(wèi)了简化 EDLC 的生产并创建自己的环保電(diàn)池，EMPA 团队转向了 DIW 3D 打印，他(tā)们用(yòng)它来制造两个半電(diàn)池，然后将它们折叠在一起。在实践中，这意味着首先打印该单元的基板，然后将其電(diàn)极和注入石墨的导電(diàn)電(diàn)解质层沉积在顶部，在此过程中经过一些调整，产生了一个功能(néng)性電(diàn)池。
“这听起来很(hěn)简单，但事实并非如此，”EMPA 纤维素与木(mù)材材料实验室的 Xavier Aeby 说。 “它进行了一系列扩展测试，直到所有(yǒu)参数都正确為(wèi)止，直到所有(yǒu)组件可(kě)靠地从打印机流出并且電(diàn)容器工作。”他(tā)补充说：“作為(wèi)研究人员，我们不想只是摆弄，我们还想了解我们的材料内部发生了什么。”
一旦他(tā)们的超级電(diàn)容器原型准备就绪，科(kē)學(xué)家们就试图通过将其充電(diàn)至 0.5 V 来测试其電(diàn)荷保持能(néng)力，然后再测量其开放表面電(diàn)压。据研究人员称，他(tā)们的设备在 150 小(xiǎo)时后仍剩余 30% 的電(diàn)量，使其性能(néng)“与最先进的碳基超级電(diàn)容器的性能(néng)保持一致”。
有(yǒu)趣的是，研究人员发现，他(tā)们的超级電(diàn)容器的容量在制造后的两周内也有(yǒu)波动，然后沉淀下来，而之后在存储8个月后仍然保持功能(néng)，当他(tā)们完成实验并试图将其堆肥时，在九周的时间里，他(tā)们能(néng)够溶解大约50%的物(wù)质。
在测试过程中，该团队的设备最终能(néng)够在机械压力下為(wèi) 3V 闹钟供電(diàn)，并在变化很(hěn)大的温度下运行。因此，他(tā)们表示，通过进一步的研发，它可(kě)以在更广泛的范围内进行部署，以可(kě)持续地為(wèi)低压智能(néng)设备供電(diàn)，例如用(yòng)于环境监测、電(diàn)子纺织品或医疗保健应用(yòng)中的设备。
全3D打印電(diàn)池由柔性纤维素和甘油基板组成，并用(yòng)导電(diàn)碳和石墨墨水图案化，能(néng)够承受数千次充電(diàn)循环，同时保持其容量。由于其可(kě)生物(wù)降解的基础，这种新(xīn)型電(diàn)池在完成后也可(kě)以进行堆肥，有(yǒu)可(kě)能(néng)使其成為(wèi)解决世界電(diàn)子废物(wù)问题的理(lǐ)想工具。
寻找可(kě)持续的“EDLC”
据 EMPA 科(kē)學(xué)家称，最近電(diàn)子可(kě)穿戴设备、包装和物(wù)联网 (IoT) 应用(yòng)的蓬勃发展使这些设备的全球数量增加到 270 亿。然而，鉴于它们的生命周期短，而且它们往往由不可(kě)再生的锂离子或碱性電(diàn)池供電(diàn)，许多(duō)此类产品最终将被填埋，从而加剧全球“電(diàn)子垃圾”问题。
為(wèi)了开发更环保的储能(néng)设备，科(kē)學(xué)家们因此开始试验双電(diàn)层電(diàn)容器或“EDLC”。这些高容量、快速充電(diàn)的超级電(diàn)容器至少可(kě)以部分(fēn)由可(kě)生物(wù)降解的材料制成，可(kě)能(néng)使它们成為(wèi)通常需要专门处理(lǐ)服務(wù)的普通電(diàn)池的理(lǐ)想替代品。
尽管对 EDLC 研发进行了大量研究，但它们的不同部件（例如電(diàn)极和集電(diàn)器）可(kě)能(néng)难以通过单一制造工艺生产。更重要的是，许多(duō)原型 EDLC 最多(duō)是部分(fēn) 3D 打印的，需要耗时且昂贵的组装或后处理(lǐ)，这使得它们作為(wèi)商(shāng)业企业没有(yǒu)吸引力。
EMPA 研究人员的電(diàn)池 DIW 3D 打印方法
“最先进”的超级電(diàn)容器
為(wèi)了简化 EDLC 的生产并创建自己的环保電(diàn)池，EMPA 团队转向了 DIW 3D 打印，他(tā)们用(yòng)它来制造两个半電(diàn)池，然后将它们折叠在一起。在实践中，这意味着首先打印该单元的基板，然后将其電(diàn)极和注入石墨的导電(diàn)電(diàn)解质层沉积在顶部，在此过程中经过一些调整，产生了一个功能(néng)性電(diàn)池。
“这听起来很(hěn)简单，但事实并非如此，”EMPA 纤维素与木(mù)材材料实验室的 Xavier Aeby 说。 “它进行了一系列扩展测试，直到所有(yǒu)参数都正确為(wèi)止，直到所有(yǒu)组件可(kě)靠地从打印机流出并且電(diàn)容器工作。”他(tā)补充说：“作為(wèi)研究人员，我们不想只是摆弄，我们还想了解我们的材料内部发生了什么。”
一旦他(tā)们的超级電(diàn)容器原型准备就绪，科(kē)學(xué)家们就试图通过将其充電(diàn)至 0.5 V 来测试其電(diàn)荷保持能(néng)力，然后再测量其开放表面電(diàn)压。据研究人员称，他(tā)们的设备在 150 小(xiǎo)时后仍剩余 30% 的電(diàn)量，使其性能(néng)“与最先进的碳基超级電(diàn)容器的性能(néng)保持一致”。
有(yǒu)趣的是，研究人员发现，他(tā)们的超级電(diàn)容器的容量在制造后的两周内也有(yǒu)波动，然后沉淀下来，而之后在存储8个月后仍然保持功能(néng)，当他(tā)们完成实验并试图将其堆肥时，在九周的时间里，他(tā)们能(néng)够溶解大约50%的物(wù)质。
在测试过程中，该团队的设备最终能(néng)够在机械压力下為(wèi) 3V 闹钟供電(diàn)，并在变化很(hěn)大的温度下运行。因此，他(tā)们表示，通过进一步的研发，它可(kě)以在更广泛的范围内进行部署，以可(kě)持续地為(wèi)低压智能(néng)设备供電(diàn)，例如用(yòng)于环境监测、電(diàn)子纺织品或医疗保健应用(yòng)中的设备。
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