3D打印技術(shù)發(fā)展概況

3D打印技術(shù)憑借快速成型特點(diǎn)引發(fā)廣泛研究，近年迅速完善。當(dāng)前主流技術(shù)分為四類(lèi)：光聚合、基底式、層壓式及擠壓式。其中擠壓式3D打印因操作簡(jiǎn)便被廣泛采用——通過(guò)針頭擠出流體化材料，按預(yù)設(shè)程序沉積構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)，需配合三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)及高固相含量墨水實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)成型。

擠壓式3D打印在電解水領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

該技術(shù)可快速制備材料并直接構(gòu)筑三維宏觀/微觀結(jié)構(gòu)，但對(duì)墨水流體性質(zhì)有明確要求。石墨烯憑借優(yōu)異親水性、分散性及可調(diào)流變學(xué)特性，成為理想3D打印墨水。經(jīng)3D打印成型的石墨烯材料機(jī)械性能顯著提升，已廣泛應(yīng)用于摩擦發(fā)電機(jī)、電容器、燃料電池等能源領(lǐng)域。

3D打印石墨烯材料的研究進(jìn)展

• 2019年突破：Jiang課題組通過(guò)3D打印實(shí)現(xiàn)碳基材料成型，材料展現(xiàn)優(yōu)異電學(xué)與力學(xué)性能。
• 2020年優(yōu)化：采用3D打印多級(jí)多孔石墨烯電極負(fù)載NiFeP并摻入碳納米管，進(jìn)一步提升電極機(jī)械強(qiáng)度。通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控電極層數(shù)（厚度）與微觀結(jié)構(gòu)，增加催化劑負(fù)載量，有效提升電極整體性能，凸顯3D打印在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

氫能與電解水技術(shù)挑戰(zhàn)

氫能作為高能量密度、綠色無(wú)污染的新型能源備受關(guān)注。電解水作為簡(jiǎn)單高效的制氫工藝雖已應(yīng)用，但反應(yīng)過(guò)電位過(guò)高導(dǎo)致能量損耗大，限制其推廣。因此，開(kāi)發(fā)低成本、低能耗、高穩(wěn)定性的催化電極材料成為關(guān)鍵。目前貴金屬雖催化性能優(yōu)異，但存在儲(chǔ)量低、價(jià)格昂貴的問(wèn)題；而過(guò)渡金屬因成本低、儲(chǔ)量豐富、抗腐蝕性強(qiáng)，被視為極具潛力的電催化替代材料。

傳統(tǒng)三維電極的局限性

相較于二維平面電極，傳統(tǒng)三維塊體電極可負(fù)載更多過(guò)渡金屬催化劑以提升催化性能。然而，當(dāng)催化劑負(fù)載量過(guò)高時(shí)，受傳質(zhì)限制影響，電極性能無(wú)法隨活性位點(diǎn)數(shù)量增加而線性提升，成為制約其應(yīng)用的重要瓶頸。

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