由加州大學洛杉磯分校（UCLA）主導的研究團隊開發出一種鋅離子混合電池，該電池擁有 3D 列印的電極，能儲存超過七倍於類似混合設備的電量。這項研究的結果發表於期刊《Small》。該裝置旨在滿足能源儲存的應用需求，特別是對於需要快速交付和充電、成本低廉且壽命長的電池。研究聚焦於鋅作為鋰的替代選擇，因為鋅被認為更便宜且更具可持續性，因其在地球上的豐富程度是鋰的 100 倍，且更易於開採和回收。
共同通訊作者、UCLA 化學與生物化學系的助理研究員 Maher El-Kady 表示：「未來的能源儲存不會僅由一種技術來定義。到某個時候，我們需要尋找能夠補充現有選項的解決方案。」他補充道，「我們在這項研究中所做的，基本上使我們能夠獲得鋅離子混合設備，能夠儲存近一個數量級的更高容量。」
UCLA 開發的鋅離子混合電池具備高容量儲能能力
這款由 UCLA 主導的裝置結合了兩種能源儲存方式。一端作為傳統鋰離子電池的能量儲存部分，而另一端則使用類似於超級電容器的碳電極。超級電容器以其快速充放電及長壽命而聞名，但由於其儲存的電量僅限於電極表面，故通常能儲存的能量較少。研究人員通過增加碳電極的表面積並加載氧化釩，這種材料能儲存大量能量，來解決這一限制。這一組合使混合裝置能儲存的電量遠超過類似的電容器系統。
電極的設計採用蜂窩或海綿狀結構，並在內部設有微小的空腔。這一結構是通過 3D 列印技術製作的，該技術使液態樹脂在暴露於紫外線激光光線時瞬間固化。列印完成後，團隊進行加熱和氣化處理，去除除了導電碳以外的所有物質，並保留開孔的結構。隨後，研究人員使用化學過程將碳結構加載上氧化釩。根據研究詳細資料，若將一克該材料攤平如同一張紙，則可覆蓋約 10 個網球場。在測試中，該裝置儲存的電量超過其他電容器的七倍，並且在 1,500 次放電和充電循環後，保持 82%的容量。
該研究還介紹了一種 3D 列印的測試電池，旨在改善研究實驗室中實驗性能源儲存設備的測量。目前許多實驗室使用的基本設置涉及電解質溶液和兩個電極置於開放的燒杯中。雖然已有預製的玻璃測試電池可供選擇，但其價格可高達 US$1,000 (約 HK$7,800)或以上。開放燒杯的設置雖然成本較低，但存在兩個主要缺點：電解質蒸發和電極定位不一致。首席作者 Sophia Uemura 表示：「我們希望這一概念對其他研究領域的研究人員有所幫助，幫助他們獲得更一致的測量結果和可靠的數據。」
Uemura 最近獲得 UCLA 的博士學位。
項目 規格 電池容量 超過其他電容器的七倍 充電循環次數 1,500 次 保持容量 82%