High‐Loaded Electrode Filaments for Additive Manufacturing of Structural Batteries

材料科学 电极 3D打印 制作 碳化 纳米技术 功率密度 泥浆 复合材料 熔丝制造 功率(物理) 物理化学 病理 物理 化学 医学 替代医学 量子力学 扫描电子显微镜
作者
Soyeon Park,Zhang Cao,Dae Han Sung,Kun Fu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (38) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/aenm.202301704
摘要

Abstract The unique capability of 3D printing to create geometric complex structures presents a promising avenue for producing 3D electrodes aimed at enhancing power and energy densities within constrained spaces, which is challenging to achieve through traditional slurry casting methods. However, despite advancements over the years, 3D‐printed batteries have faced limitations in terms of mechanical robustness to endure significant volume changes during cycling and restricted electrochemical performance due to the lack of adequate electrode feedstock development or post‐processing treatments. Herein, a high‐loaded electrode filament with ≈65 wt.% fillers, enabling the fabrication of structural electrodes with improved electrochemical performance and superior mechanical properties, is developed. Through a combination of 3D printing and post‐processing techniques, interdigitated structures with high areal‐loading density, resulting in a full cell with an enhanced areal capacity of ≈12.28 mAh cm −2 at ≈0.92 mA cm −2 is fabricated. Moreover, the structural batteries, treated through the carbonizing process, are integrated by the carbon coating generated during carbonization, exhibiting remarkable compressive properties (with a modulus of 18.5 MPa and a strength of 1.09 MPa). Overall, the findings demonstrate the promising potential of 3D printed batteries for practical applications, while showcasing the scalability and design flexibility offered by 3D printing technology.
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