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《APL Materials》:电化学水分解电极和电池的3D打印技术综述

《APL Materials》:电化学水分解电极和电池的3D打印技术综述

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2023-10-19 10:41
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【概要描述】新加坡国立大学材料科学与工程系研究人员在《APL Materials》上发表题为A minireview on 3D printing for electrochemical water splitting electrodes and cells的研究论文,综述了3D打印技术用于电化学水分解电极和电池这一领域的研究、未来展望和当前的困难。

《APL Materials》:电化学水分解电极和电池的3D打印技术综述

【概要描述】新加坡国立大学材料科学与工程系研究人员在《APL Materials》上发表题为A minireview on 3D printing for electrochemical water splitting electrodes and cells的研究论文,综述了3D打印技术用于电化学水分解电极和电池这一领域的研究、未来展望和当前的困难。

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2023年6月12日,新加坡国立大学材料科学与工程系研究人员在《APL Materials》上发表题为A minireview on 3D printing for electrochemical water splitting electrodes and cells的研究论文,综述了3D打印技术用于电化学水分解电极和电池这一领域的研究、未来展望和当前的困难。

 

原文链接https://doi.org/10.1063/5.0138178

 

 研究简介 

增材制造(也称为3D打印)用于电化学相关应用正受到研究界的关注,特别是在可再生能源驱动的水电解方面。增材制造在复杂几何结构设计和定制化方面具有巨大的潜力。鉴于最近几种快速原型材料和方法的发展,研究电催化电极材料和仪器在实验室规模和工业规模之间的差距是很重要的。在本文中,我们总结了最先进的3D打印技术,包括电极和反应电池。详细讨论了3D打印方法在开发和设计水裂解反应系统中的适用性和优点,综述了3D打印电极和水分裂细胞的最新进展。

 

图1:3D打印电化学水裂解系统的小型回顾示意图:水电解系统、电极材料和水裂解电池的常用3D打印技术

 

图2:基于真空聚合的3D打印电极

 

 

图3:商用泡沫铜、具有陀螺结构的DLP打印铜和用氢氧化镍覆盖的DLP打印铜的OER性能

 

图4:用于水电解的粉末基3D打印电极

 

 研究结论 

高性能电化学器件组件的制造无疑将受益于增材制造技术的持续发展。然而,开发速度可能会根据不同组件和用于制造的材料的需求而有所不同。各种3D打印技术都有其优点和局限性,对于实验室规模的新型电极材料勘探,SLA/DLP和DIW比其他技术更适合;对于水分裂细胞的原型,FDM具有最佳优势;对于大规模生产,BJ和SLM是更好的选择;选择SLM和EBM技术,可以实现电极的高力学性能。

3D打印为其制造自支撑电极和整个反应器提供了一种更简单的方法,通过掺杂等合成方法,提高了电极的力学性能,同时取得了良好的催化性能。然而,提高印刷电极的力学性能和稳定性仍然具有挑战性。SLM、SLS和EBM可以产生相对密集的电极,而获得高密度电极需要其他打印方法需要长时间的高温后处理。其次,3D打印使设计电极的各种图案成为可能,但目前还没有系统地研究不同的3D图案对催化性能的影响。许多三维图案被报道被用作电化学水分裂的电极,如陀螺、蜂窝、针状结构、锥形阵列等。最后,大多数研究集中在电极的发展,只有少数研究集中在全电池的设计。因此,全电池设计的3D打印需要更多的关注。

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