大连化物所吴忠帅团队:3D打印微型电池的机遇与挑战

随着柔性/可穿戴电子产品、自供电微系统和物联网的广泛普及，电子系统从“不可移动/笨重”转变为“便携/紧凑”，刺激了超越传统电池技术新型电源的开发。相比于刚性/笨重的传统电源，3D 打印微型电池具有设计多样性，形状/性能与电子器件高兼容性，可扩展/低成本的可加工性。发展 3D 打印材料、墨水、方法、器件构型，以及厘清它们与系统之间的关联，是实现可定制高性能 3D 打印微型电池的关键。

近日，中国科学院大连化学物理研究所二维材料化学与能源应用研究组吴忠帅研究员团队撰写了 3D 打印微型电池的综述文章，系统总结了 3D 打印在微型电池电极结构、器件构型和系统集成方面的重要研究进展及未来发展趋势。

该成果以“The Status and Challenging Perspectives of 3D-Printed Micro-Batteries”为题，发表在英国皇家化学会期刊 Chemical Science 上，并入选为期刊背封面论文。

该综述聚焦于 3D 打印微型电池的最新进展，以及可打印材料、墨水的理性设计与打印技术之间的密切关系。首先，文章讨论了不同类型 3D 打印技术构筑微型电池的独特性及可适配性，介绍了微型电池的可打印单元和制备可打印墨水的普适性方法；随后，重点阐述了 3D 打印在微型电池电极结构、器件构型，性能调控和系统集成方面的突出作用；最后，文章指出，基于新型功能材料设计，先进打印技术开发，新器件结构研制，小尺度下独特反应机制阐释和集成微系统构建的全链条研究工作，可最大限度挖掘 3D 打印微型电池的应用潜力。

论文信息
The Status and Challenging Perspectives of 3D-Printed Micro-Batteries
Jiaxin Ma, Shuanghao Zheng,* Yinghua Fu, Xiao Wang, Jieqiong Qin, and Zhong-Shuai Wu*（吴忠帅，中国科学院大连化学物理研究所）
Chem. Sci., 2024
https://doi.org/10.1039/D3SC06999K

作者简介
马佳鑫 副研究员
郑州大学材料科学与工程学院
本文第一作者，郑州大学材料科学与工程学院副研究员。2023 年 6 月在中国科学院大连化学物理研究所获得博士学位，师从吴忠帅研究员；2023 年 8 月加入郑州大学材料科学与工程学院。主要从事可打印微型储能器件与微能源系统、锂金属固态电池的研究。迄今为止，已在 Nature、Advanced Materials、National Science Review、Advanced Energy Materials、Materials Today、Advanced Functional Materials 等期刊发表学术论文 30 余篇。曾荣获国家奖学金、北京市优秀毕业生、卢嘉锡优秀研究生奖、延长石油优秀博士研究生奖学金等荣誉/奖励。

吴忠帅 研究员
中国科学院大连化学物理研究所

本文通讯作者，中国科学院大连化学物理研究所首席研究员（长聘），二维材料化学与能源应用研究组（508 组）组长，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，英国皇家化学会会士。2018-2023 年连续六年科睿唯安全球高被引科学家、爱思唯尔“中国高被引学者”、中组部引进海外高层次青年人才、超级电容产业联盟青年工作委员会副主任。主要从事二维材料化学与微纳电化学能源应用的基础研究，包括石墨烯与二维材料、微型储能器件与微能源系统、超级电容器、先进电池（锂/钠/锌离子、锂金属/硫/空、固态电池）和能源催化。迄今为止，已在 Nature、Nat. Commun.（5 篇）、Energy Environ. Sci.（12 篇）、Adv. Mater.（17 篇）、Adv. Energy. Mater.（17篇）、J. Am. Chem. Soc.（8 篇）、Angew. Chem. Int. Ed.（6 篇）、Natl. Sci. Rev.（5篇）、Energy Storage Mater.（19 篇）、J. Energy Chem.（19 篇）等期刊发表学术论文 300 余篇，被 SCI 引用 37000 余次（Google 学术引用 45000 余次）；单篇他引超过 200 次的 39 篇，单篇他引超过 1000 次的 12 篇。申请发明专利 120 余项，授权 28 项。获国家自然科学奖二等奖（第四完成人，2017）、辽宁省自然科学奖一等奖 2 次（第四完成人，2017；第一完成人，2022）、第十三届辽宁青年科技奖、Nano Research 新锐青年科学家奖、Energy Storage Materials 青年科学家奖、中国科学院优秀导师奖、卢嘉锡优秀导师奖、中国科学院大学领雁银奖-振翅奖、中科院“百人计划”终期评估优秀等。获批国际标准 1 项、国家标准 2 项。兼任 Applied Surface Science 副主编，J. Energy Chem. 执行编委，Natl Sci. Rev. 编辑工作组成员，Energy Storage Mater.、Science Bulletin、科学通报、Nanomaterials、Carbon Futures、Mater. Res. Express、Physics 编委，Interdisciplinary Materials 学术编辑，Chin. Chem. Lett.、eScience、Materials Futures、物理化学学报青年编委、Engineering 通讯专家。

课题组主页：
http://www.zswu.dicp.ac.cn/

来源：RSC Materials Science