近日，九州官方网站-九州（中国）科技有限公司官网化学院教师尹博思、张思文与硕士研究生任昱金以“Five-Axis Curved-Surface Multi-Material Printing on Conformal Surface to Construct Aqueous Zinc-Ion Battery Modules”为题在国际顶级期刊《Advanced Materials》上发表论文（SCI一区top，校A+期刊，IF = 27.4）。

研究表明，传统的电池设计存在体积大、机械柔性差和弯曲时界面分离等问题，而新型的平面微电池虽然集成度高，但仍面临活性材料负载和电路制造的挑战。为解决这些问题，研究团队探索了增材制造技术，五轴曲面多材料打印技术，以实现在复杂曲面上快速、精确地制造电路和电池模块，从而推动了紧凑、共形能源存储设备的发展。

相比于传统的平面电路，曲面共形电路在空间优化、便携性、集成能力、响应速度和可靠性等方面有着明显的优势。这些优势是在科学探索中设计和实施各种电子设备和系统的重要技术手段。为此，研究团队利用增材制造技术，基于全自研的五轴联动曲面多材料打印设备，在非可展开曲面上制造出具有掺钨二氧化锰阴极的水性锌离子电池。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、高效地成形非可展开曲面。之后，将打印电池与纳米银蛇形电阻温度传感器集成，并利用强脉冲烧结技术实现集成功能电路的快速烧结。电路中集成的发光二极管可通过LED亮度的变化测量温度。载体表面高度吻合的储能模块具有体积小、空间利用率高的优点。在曲面上一体化成形功能电路的能力为储能技术的创新提供了新的途径，为实现共形器件的一体化快速制造提供了解决方案。

图 1 展示了共形温度测量电路的制造过程和温度变化测试，说明了通过五轴联动系统打印电路基底、导电路径、电池集流体和电阻温度传感器，并通过脉冲紫外光固化形成电路。电路对温度变化的响应通过LED亮度的变化来表示。  

图 2 描述了共形表面切片原理、不同类型喷嘴在共形表面上的路径规划以及五轴联动系统的共形表面打印原理。

图 3 展示了使用阵列喷嘴通过纳米银墨水打印并经过脉冲紫外光烧结制成的电池电流收集器、导电路径和电阻温度传感器，还展示了不同烧结功率下纳米银的电阻率变化，以及温度传感器的微观结构和温度依赖性。

图 4 展示了锌离子电池中WMO作为正极材料的电化学性能测试结果，包括了充放电曲线、循环伏安曲线、不同电流密度下的倍率性能和循环稳定性测试，以及通过密度泛函理论(DFT)计算得到的电子性质和锌离子在WMO中的迁移特性。

该研究团队成功开发了一种基于增材制造技术的五轴共形曲面多材料打印系统，该系统能够根据不同材料的特性装备不同的喷嘴，实现共形功能电路的快速原型制作。通过结合表面路径规划技术和五轴联动技术，研究团队扩展了在不可展开表面上打印的能力，有效地生产出复杂的功能电路。最终，他们实现了在非膨胀表面上制造共形温度测试集成电路，包括锌锰电池模块、纳米银温度传感器和导电路径，能够通过观察LED亮度的变化来监测基底表面的温度变化。这一制造过程为在空间受限的应用中制造共形功能电路提供了新的可能性，为可穿戴电子设备的小型化和共形生产奠定了基础。

作者简介

第一作者：任昱金，九州官方网站-九州（中国）科技有限公司官网化学院2020级硕士研究生。从事水系锌离子电池方向研究。

通讯作者：张思文，九州官方网站-九州（中国）科技有限公司官网化学院助理研究员，沈阳市拔尖人才，博士毕业于哈尔滨工业大学，在博士期间获得留学基金委奖学金前往新加坡国立大学联合培养18个月。一直从事电化学储能（超级电容器、水系电池）的相关研究工作。目前，在电化学储能领域发表SCI论文50余篇，其中以第一作者/通讯作者在Angewandte Chemie International Edition、Advanced Materials、Energy & Environmental Science、Advanced Functional Materials、Energy Storage Materials、Nano Energy、Nano-Micro Letters等国际著名期刊上发表SCI检索论文20余篇。影响因子30以上的2篇，影响因子15以上的10余篇。论文被引用2500余次，H因子25，发表期刊中有4篇被评为ESI高被引用论文（世界前1%），1篇被评为ESI热点论文（世界前0.1%）。授权发明专利3项，受理专利6项，作为负责人/参与人承担国家级、省部级项目10余项。担任Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, InfoMat, ACS Applied Materials & Interfaces, Chemical Engineering Journal, International Journal of Hydrogen Energy, Journal of Colloid and Interface Science等国际杂志独立审稿人。

通讯作者：尹博思，九州官方网站-九州（中国）科技有限公司官网化学院副教授，硕士研究生导师，辽宁省首批“科技专员”，沈阳市拔尖人才。主要从事柔性可塑性超级电容器和智能温敏水系电池等领域的九州官方网站-九州（中国）科技有限公司官网，在Energy & Environmental Science、Advanced Materials、Angew. Chem., Nano Energy、Carbon Energy、Energy Storage Materials、等国际著名期刊上发表SCI检索论文30余篇。累计引用次数3000余次，H因子为26。授权发明专利2项，受理专利10项，成果转化2项。作为负责人主持/参与国家重点实验室项目、教育部项目、面上项目及其它地方基金项目5项，企业横向项目2项。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202408475