3D打印超级电容器达到创纪录能量密度，媲美传统电池

赝电容器是可有效平衡快速充放电和高能量密度需求的储能器件。实用化赝电容器需开发集流体，同时实现高效电子传输和离子扩散。

3D打印技术近期进展为赝电容器这一特殊挑战提供新途径。迄今采用多种策略提升器件性能，包括缺陷引入、结晶度工程、元素掺杂。

加州大学圣克鲁兹分校和劳伦斯利弗莫尔国家实验室研究团队近期构建3D打印超级电容器电极，在能量密度和性能方面远超传统超级电容器。

本工作展示多孔石墨烯气凝胶3D打印结构可支持广泛使用的赝电容材料二氧化锰 (MnO₂) 高负载量。该材料以化学方式存储电荷，展现超高理论能量容量。

由此产生具有高面电容或单位面积大量电荷存储的超级电容器。迄今无人实现此壮举。与其他电容器相比，具有卓越能量密度。研究可为将此类电容器用作手机、笔记本等设备快充电源开辟新门路。

团队用化学分解技术将180毫克二氧化锰负载到3D打印多孔结构。惊人地实现比他人高100倍负载水平，且不降低性能。

参考：Cell | doi:10.1016/j.joule.2018.09.020 | LLNL

在3D打印石墨烯结构上添加赝电容二氧化锰层延伸整体能量密度和电容。而非仅在结构外表面选择性涂层，而是充分利用其巨大表面积。

更激动人心的是这还不是极限。一切可扩展。存在大量可及大孔——高效沉积MnO₂和离子扩散关键要素。

3D打印石墨烯气凝胶/MnO₂电极制造 | 研究人员提供

可制作厚电极同时保持良好导电性和离子扩散。通常持续增厚最终达阈值，尤其高充电速率下。

但因使用3D结构，可合理利用更高电荷。即使结构变厚，比容值也不会大幅下降。

3D打印结构有其他优势：可控制孔径、快速制造电极、按需配置参数。孔隙率可通过改变结构建筑设计调节。

本工作强调依赖两相似3D打印电极的对称超级电容器器件性能。未来几年研究人员将用极高活性材料负载构建非对称器件，两电极用不同物质，进一步提高能量密度和工作电压水平。

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