创新背景

虽然需要从化石燃料中转换能源，但确保储存可再生能源的设备所需的资源是一个新的挑战。目前最流行的储能设备是锂离子电池，但生产需要有限的资源，如锂和钴。

作为下一代的储能装置，除了锂之外，还研究了各种金属离子。对于被海洋包围的日本来说，钠离子电池在保护资源方面具有优势，因为钠离子电池可以在海水中利用丰富的资源。然而，在现阶段，钠离子电池的能量密度和输出密度不如锂离子电池，因此强烈希望开发一种全新的材料，以进一步提高性能。

创新过程

研究人员在3D打印机中制备了“碳微晶格”，其连续循环结构由硬碳组成，适用于钠离子电池的负极。晶格中的空隙允许高速离子传输，将每个电极面积的容量提高了四倍，限制在固体中的低速扩散，从而达到世界最高水平。 

在这项研究中，研究人员采用了廉价的液晶掩膜类型，在光学建模3D打印机中，制备了具有三维结构的光固化树脂的前体。在真空1000 °C条件下，60% 收缩时保持设计结构，结构为100到300μm，以此获得碳微晶格。这些钠离子电通过作为电池负极使用，结构单元越微细，充放电特性越高。另外，与现有粉末颗粒电极相比，由于具有最致密的结构微晶格将单位面积的容量提高了四倍。碳微晶格，这是一种硬质层，没有像石墨那样的结晶度。其具有称为Bon的结构，其中许多金属离子电池候选者与充电和放电的兼容性非常出色。利用这一特性，在充放电的各个阶段回收和清洗电极。钠离子的入侵对硬碳内部结构的影响也成功地可视化了它。在性能方面与锂离子电池相媲美的纳托里乌姆离子电池有望发展得更好。

创新价值

光学建模3D打印机碳负极材料“碳微晶格”具有连续周期性。与以往相比，每电极面积达到4倍的容量。微晶格负极适合钠离子充放电的硬碳证明使用X射线衍射方法可以清楚地可视化钠离子吸收的分阶段机制。

创新关键点

钠离子电池是一种利用丰富金属资源的储能装置，研究人员通过3D打印技术实现钠离子电池的最高性能。