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学术分享 I 突破储能瓶颈！多模态DIW直写3D打印技术助力深圳大学增材制造研究所团队打造超级电容器新标杆！

发布时间：2025-05-09   浏览量：   分享到：

3D打印SiOC/Bi?O?纳米复合材料用于高性能非对称超级电容器

         深圳大学增材制造研究所团队利用DIW墨水直写3D打印技术成功制备出SiOC/Bi?O?纳米复合材料电极，实现了非对称超级电容器（ASC）性能的跨越式提升。

文章来源：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.159949

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研究背景

全球能源挑战

  • 年能耗增加5.8%，传统能源面临瓶颈
  • 超级电容器(SCs)成为关键解决方案

超级电容器优势

功率密度
>10 kW/kg
循环寿命
>100,000次
充放电速度
秒级响应

现存技术挑战

传统电极材料孔隙分布不均匀（微孔占比＜40%）

硅基陶瓷材料(SiOC)与金属氧化物复合工艺复杂

二维结构电极离子扩散路径受限

创新解决方案：DIW 墨水直写3D打印技术

  • 精确控制孔隙结构（分辨率达50μm）
  • 实现多尺度结构一体化成型
材料制备流程
图2. 电极制备工艺流程：(a)水热合成 (b)3D打印成型 (c)后处理
2

研究内容

材料合成

  • SiOC先驱体热解

    1000℃ Ar气氛

  • Bi?O?水热合成

    120℃ 6h

  • 复合质量比优化

    SiOC/Bi?O? = 75:25

 DIW墨水直写3D打印工艺

  • 墨水配方

    SiOC/Bi?O?:Super-P:PVDF=75:10:15

  • 打印参数

    喷嘴直径0.34mm，压力0.1MPa，速度10mm/s

  • 层厚控制

    100-200μm

材料表征分析

材料表征
图3. (a)XRD分析 (b)Raman光谱 (c)BET比表面积 (d)孔径分布 (e)XPS全谱

关键性能参数对比

参数 DIW墨水直写3D打印电极 传统铸造电极 提升幅度
能量密度 (Wh/kg) 94.6 54.6 +73%
功率密度 (W/kg) 718.8 588.9 +22%
循环稳定性 (5000次) 95.55% 83.2% +12.35%
3

研究结论

突破性成果

电极孔隙率精准控制

82.4±3.2%

界面电荷转移阻抗降低

62%（Rct = 1.8Ω）

质量比电容提升

997.5F/g @1A/g

产业化价值

  • 能量密度提升73%

  • 生产成本降低40%

    （无模具费用）

  • 适用于柔性可穿戴设备

    （弯曲半径＜5mm）

未来展望

  • 多材料梯度打印技术开发

  • 全固态电解质集成方案

  • 兆瓦级储能系统应用验证

微观结构分析

微观结构
图4. (a)SEM显微结构 (b)TEM晶格分析 (c)EDS元素分布



森工3D打印机功能分析

3D打印机功能应用分析

全面解析森工DIW墨水直写3D打印机在该类研究中功能匹配情况及需定制功能，帮助用户更好地选择合适的3D打印设备及功能模块。

该研究（文章）使用了3D打印机哪些功能（?？椋?
该研究（文章）使用了3D打印机哪些功能（?？椋? 
森工3D打印在该类研究中功能匹配情况
森工3D打印机在该类研究中功能匹配情况: 
要适配该类研究森工3D打印机需定制哪些功能
要适配该类研究森工3D打印机需定制哪些功能: 
森工3D打印机已有功能?？槎愿美嘌芯坑τ蒙柘?
森工3D打印机已有功能?？槎愿美嘌芯坑τ蒙柘? 

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