迈向更绿色的能源存储：三维打印钠离子卡特蓄电池负极材料研究简析

锂金属的安全性问题与资源稀缺性，推动了对高功用电化学储能系统（EES）的需求，然后引发了对新式电池技术研讨的继续增长。在此布景下，钠离子电池（SIBs）成为商用锂离子电池（LIBs）的可行替代品。可是，因为钠离子分散动力学缓慢导致的电化学功用缺少，严峻约束了SIBs的开展。钠离子为强占这些技术瓶颈，学界已提出多种解决方案，包含选用立异制造战略与电池技术改造——例如通过3D打印电极技术的前进来全面进步钠离子电池（SIBs）功用。本总述聚集钠离子电池技术最新发展，特别是使用3D打印阳极完结功用优化的钠存储。这种新式增材制造工艺可明显进步钠离子电池的功率、电化学功用及规模化生产才能。

图文摘要

近几十年来，因为碳基化石燃料的遽然衰竭及其对经济的有害影响与环境灾害，全球范围内迫切需要开发替代性可再生能源[1,2]。可是，锂资源的稀缺性与安全问题是锂离子电池（LIBs）大规模应用面对的严峻应战[3,4]。另一方面，钠离子电池（SIBs）具有与LIBs相似的电化学特性，且地壳中钠元素储量丰富，使其成为具有潜在可行性的替代方案[5∗, 6, 7]。在钠离子的嵌入与脱嵌过程中，SIBs通过...+其工作原理与锂离子电池(LIBs)相似[6,8,9]，通过阳极与阴极之间的电化学反应完结能量存储。可是，钠离子较大的半径+会降低电化学功率，因此开发适用于快速可逆钠离子嵌入/脱嵌的电极材料（如钛酸钠、硬碳及其复合物/合金）+成为要害研讨政策。另一方面，正极材料需具有钠离子+容纳才能，例如聚阴离子化合物、层状过渡金属氧化物或普鲁士蓝相似物[10]。这促进钠离子x电池材料研讨成为学界重视焦点2-型材料作为潜在的钠离子电池正极材料[10, 11, 12]。
三维打印作为一种增材制造工艺，近年来已被公认为最具吸引力且含义严峻的制造技术[13]。为完结优化的三维打印工艺，有必要选用具有明显剪切稀化特性的胶体墨水悬浮液[14]。现有研讨展现了LIB电极在叉指状微结构中的构建，其打印材料的特征尺度接近100微米[15,16]。现在研讨最多的阳极用3D打印电极墨水包含碳基材料，如氧化石墨烯基化合物、过渡金属碳化物及金属硫化物[14,17,18,19∗∗]。图1(a)展现了该3D打印技术与电池及不同纳米结构相结合的典型示意图[19]。与此同时，对电极仍选用钠金属悬挂办法，这约束了其继续工作才能[19,20]。与锂离子电池（LIB）电极比较，选用3D打印油墨构建高效钠离子电池（SIB）全电池的研讨工作尚处于前期阶段[21, 22, 23]。
本文针对面向钠存储功用优化的3D打印阳极材料进行了系统总述。首要，我们查询了为进步钠离子传输功率而优化的多种3D打印工艺，包含...（此处保存原文未完结的句子结构）+器件内的电荷传输。随后，我们深入探讨了钠离子电池（SIBs）的最新研讨发展，并对选用多种二维材料（包含石墨烯、过渡金属碳化物和金属硫化物）的3D打印负极的规划、组成及电化学功用进行了全面分析。最终，我们指出了当前面对的要害应战，并对3D打印技术在钠离子电池范畴的潜在整合方向提出了前瞻性见地。