使便攜式設(shè)備更緊湊、更節(jié)能的關(guān)鍵在于精確的納米級(jí)儲(chǔ)能電容器。瑞典的研究人員報(bào)告說(shuō)，他們已經(jīng)用一種獨(dú)特的3D打印方法解決了這一挑戰(zhàn)。

KTH皇家理工學(xué)院的研究人員進(jìn)行了演示介紹了一種用于制造玻璃微型超級(jí)電容器（MSCs）的3D打印方法，該方法降低了形成MSCs所需的復(fù)雜納米級(jí)特征所需的復(fù)雜性和時(shí)間。

KTH的微納米系統(tǒng)教授弗蘭克·尼克勞斯（Frank Niklaus）說(shuō)，這一進(jìn)展可能會(huì)導(dǎo)致更緊湊、更節(jié)能的便攜式設(shè)備，包括自我維持的傳感器、可穿戴設(shè)備和其他物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。他們的研究發(fā)表在ACS Nano雜志上。

這種新方法解決了制造這種設(shè)備的兩個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。微型超級(jí)電容器的性能在很大程度上取決于其存儲(chǔ)和傳導(dǎo)電能的電極。因此，它們需要更大的電極表面積，并且需要納米級(jí)通道來(lái)促進(jìn)離子的快速傳輸。該研究的主要作者，KTH的Po-Han Huang說(shuō)，新的研究通過(guò)超短激光脈沖3D打印技術(shù)解決了這兩個(gè)挑戰(zhàn)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，超短激光脈沖可以在硅氧烷氫（HSQ）（一種類似玻璃的前體材料）中誘導(dǎo)兩種同時(shí)發(fā)生的反應(yīng)。一種反應(yīng)導(dǎo)致自組織納米板的形成，而第二種反應(yīng)將前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為富硅玻璃，這是3D打印過(guò)程的基礎(chǔ)。這使得具有大量開放通道的電極能夠快速精確地制造，從而最大化表面積并加速離子傳輸。

研究人員通過(guò)3d打印微型超級(jí)電容器展示了這種方法，即使在快速充放電時(shí)也表現(xiàn)良好。

“我們的發(fā)現(xiàn)代表了微制造的重大飛躍，對(duì)高性能儲(chǔ)能設(shè)備的發(fā)展具有廣泛的意義，”黃說(shuō)?！俺薓SCs，我們的方法在光通信、納米機(jī)電傳感器和5D光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等領(lǐng)域也有令人興奮的潛在應(yīng)用。”

這對(duì)目前普遍使用的技術(shù)也具有重要意義。尼克勞斯說(shuō)，非微型類型的超級(jí)電容器已經(jīng)在收集制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的能量，穩(wěn)定消費(fèi)電子產(chǎn)品的電力供應(yīng)，并優(yōu)化可再生能源的能量捕獲?！拔⑿统?jí)電容器有可能使這些應(yīng)用變得更緊湊、更高效。”