突破储能瓶颈！多模态DIW墨水直写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：2025-05-08 浏览量：分享到：

革新储能技术：墨水直写3D打印推动高性能非对称超级电容器发展

能源存储技术

突破储能瓶颈！多模态DIW墨水直写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

将材料科学与先进制造深度融合，开启能源存储的"智造"时代

研究背景：能源存储的挑战与机遇

全球能源转型下的关键技术创新

当前挑战

可再生能源的间歇性问题
传统电极材料能量密度低
微观结构调控困难

超级电容器优势

高功率密度
快速充放电
长循环寿命

技术突破点

DIW墨水直写3D打印技术

精准控制材料分布与微观结构

结构设计自由度极高

可精确调控孔隙分布和比表面积

提升电荷传输效率

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/Bi₂O₃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《Chemical Engineering Journal》

材料设计创新

SiOC陶瓷基体

高温裂解硅氧烷前驱体获得

高比表面积
优异热稳定性
丰富电荷存储活性位点

Bi₂O₃纳米颗粒

过渡金属氧化物

高理论电容
快速氧化还原反应特性

复合协同效应

SiOC/Bi₂O₃异质结结构

降低电荷传输势垒

电荷传输阻力显著降低

离子扩散速度提升

3D打印互联多孔网络优化电荷分布

DIW墨水直写3D打印技术优势

精准结构调控

优化墨水配方(75%活性材料+15% PVDF+10%导电碳)，实现复杂三维结构的稳定打印

微米级孔隙设计

互联孔道(7.8 nm)和分级孔隙结构，表面积达110.4 m²/g

高效制造流程

直接泡沫镍基底打印，简化生产流程，降低成本

性能表现：数据驱动的技术竞争力

革命性的电化学性能突破

能量密度

媲美锂离子电池

98.2 Wh/kg

1 A/g电流密度下

传统电极

54.6 Wh/kg

提升73%

循环寿命

长期稳定性

95.55%

5,000次充放电后

传统电极

~90%

功率密度

快速充放电能力

882.4 W/kg

电荷存储机制

电容贡献占比78%

表面驱动的快速电荷存储

行业影响：DIW墨水直写3D打印技术引领储能未来

颠覆性技术带来的广泛应用前景

定制化电极设计

通过调整墨水成分和打印参数，灵活适配不同储能体系

锂硫电池钠离子电池超级电容器

绿色制造工艺

减少材料浪费，避免传统涂布工艺中有机溶剂的使用

符合可持续发展需求

规模化应用前景

兼容柔性电子、微型器件等多样化场景

可穿戴设备电动汽车智能电网

技术发展路线

材料优化阶段

2023-2025

扩展材料库，提升墨水配方稳定性

工艺升级阶段

2025-2027

提高打印精度和速度，实现中试生产

产业化落地阶段

2027-2030

建立完整产业链，推动商业化应用

结语：开启能源存储的"智造"时代

3D打印技术成为能源革命的核心驱动力

DIW墨水直写3D打印技术将材料科学与先进制造深度融合，为高性能储能器件开发开辟了新范式。随着该技术在材料兼容性、打印精度和大规模生产上的持续优化，未来有望推动能源存储行业从"实验室创新"迈向"工业化落地"，加速全球清洁能源转型进程。

这项研究不仅是一项科学突破，更标志着3D打印技术正式成为能源革命的核心驱动力。

未来研究方向

多材料集成打印技术
规模化生产工艺优化
柔性可穿戴储能器件开发

潜在合作领域

新能源汽车电池系统
智能电网储能解决方案
微型电子设备电源

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