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紧凑型电池和电子设备具有许多优势，包括空间优化、便携性、集成能力、响应能力和可靠性。这些属性是科学探索中各种电子设备和系统设计和实现的关键技术推动因素。因此，西安电子科技大学黄进教授&辽宁大学张思文 Bosi Yin &皇家墨尔本理工大学Tianyi Ma团队利用增材制造技术，特别是利用五轴曲面多材料打印设备，制造具有掺钨二氧化锰阴极的水系锌离子电池，以增强适应性和定制性。五轴联动运动系统有助于缩短紧凑型电池的离子传输路径，并确保精确有效地成型不可显影的曲面。然后，将紧凑型电池与印刷纳米银蛇形电阻器温度传感器集成在一起，并使用强脉冲烧结创建集成功能电路。采用发光二极管(LED)可通过LED亮度的变化来测量温度。在载体表面一致性高的储能模块具有体积小、空间利用率高等优点。在曲面上生产锌离子电池(ZIB)的能力为储能技术创新提供了新的途径，为实现柔性和保形电源铺平了道路。图1
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a)共形温度测量电路的制造工艺和b)共形温度测量电路的温度变化测试(使用红外测温仪(62 MAX，福禄克测试仪器有限公司，中国上海)测量共形表面的温度；高温会导致基板材料膨胀和传感器电阻增加，从而导致LED电压和亮度降低。
图2
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a)保形表面切片原理。b)在保形表面上对不同类型喷嘴进行路径规划。c)五轴联动系统的保形表面打印原理。
图3
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a)阵列喷嘴。b)强脉冲烧结工艺。c)平面和共形表面集流体。d)纳米银在不同烧结功率和时间下的电阻率数据。e)电阻温度传感器的SEM形态和温度依赖性。f)温度场模型。g)不同烧结功率下的温度场数据。h)纳米银烧结过程的两相流模型。
图4
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a)撞针喷嘴。b)液滴大小。c)和d)SEM下WMO的微观结构。e-h)共聚焦显微镜下1、2、3和7层样品的3D结构。i)具有不同层数的样品的横截面图。j)条状电池。k)保形系列电池。
图5
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a)MnO2和WMO的XRD图(插图：δ-MnO2的晶体结构)。b)WMO的SEM图像。c)WMO的TEM图像(插图：相应的SAED模式)。d)WMO的HRTEM图像。e)WMO中Mn、O和W元素均匀分布的HRTEM-EDS元素映射图像。f)WMO和MnO2的Mn 2p和g)O 1s XPS谱图。h)WMO的W 4f XPS光谱。
图6
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a)Zn//WMO单体示意图。b)Zn//WMO在0.1至1.0 A g-1的各种电流密度下的GCD曲线。c)0.1 mV s-1时Zn//MnO2和Zn//WMO的CV曲线。d)Zn//MnO2和Zn//WMO的倍率性能。e)5 A g-1时Zn//MnO2和Zn//WMO的循环耐久性和库仑效率。f)WMO吸附Zn2+的电荷密度差俯视图和g)侧视图。h)MnO2和WMO的Zn2+扩散势垒分布。
在这项研究中，我们开发了一种基于增材制造技术的五轴保形曲面多材料打印系统。本文根据材料特性配备了不同的喷嘴，使我们能够实现保形功能电路的快速原型制作。阵列和撞针喷嘴旨在解决高粘度电极材料和高效导电图案带来的印刷挑战，为具有各种功能电路特性的材料提供解决方案。表面路径规划技术与五轴联动技术的结合将打印能力扩展到不可展开的表面，从而能够在此类表面上高效生产复杂的功能电路。最后，本文成功地将保形温度测试集成电路的制造集成到不可膨胀的表面上。该电路包括一个Zn//WMO电池模块、一个纳米银温度传感器和一个导电通路。它使我们能够通过观察LED亮度的变化来监测基板表面的温度变化。这种制造工艺能够实现功能电路的保形制造，使其适用于空间受限的应用。它为可穿戴电子设备的小型化和保形生产奠定了基础。Five-Axis Curved-Surface Multi-Material Printing on Conformal Surface to Construct Aqueous Zinc-Ion Battery Modules
Fanbo Meng，Yujin Ren，Bu Ping，Jin Huang*，Peng Li，Xihao Chen，Ning Wang，Hui Li，Lei Zhang，Siwen Zhang*，Yingfang Hu，Zhi Gen Yu，Bosi Yin*，Tianyi Ma*https://doi.org/10.1002/adma.202408475
