大連化学物理研究所の呉中帥のチーム：3Dプリントマイクロバッテリーの可能性と課題

出典: RSC マテリアルサイエンス

フレキシブル/ウェアラブル電子機器、自己発電型マイクロシステム、モノのインターネットの普及により、電子システムは「動かない/かさばる」ものから「ポータブル/コンパクト」なものへと変化し、従来のバッテリー技術を超えた新しい電源の開発が促進されています。硬くてかさばる従来の電源と比較して、3D プリントされたマイクロバッテリーは、設計の多様性、電子機器との形状/性能の高い互換性、およびスケーラブルで低コストの加工可能性を備えています。 3D プリント材料、インク、方法、デバイス構成を開発し、それらのシステムとの関係を明確にすることが、カスタマイズ可能な高性能 3D プリントマイクロバッテリーを実現するための鍵となります。

最近、中国科学院大連化学物理研究所二次元材料化学およびエネルギー応用研究グループの呉忠帥研究員が率いるチームが、3Dプリントマイクロバッテリーに関するレビュー記事を執筆し、マイクロバッテリーの電極構造、デバイス構成、システム統合における3Dプリントの重要な研究の進歩と将来の発展動向を体系的にまとめました。
この研究結果は、英国王立化学協会の学術誌『Chemical Science』に「3Dプリントマイクロバッテリーの現状と課題」というタイトルで掲載され、同誌の裏表紙論文に選ばれた。

このレビューでは、3D プリントされたマイクロバッテリーの最新の進歩と、印刷可能な材料とインクの合理的な設計と印刷技術との密接な関係に焦点を当てています。まず、本稿では、マイクロバッテリーを構築するためのさまざまなタイプの 3D 印刷技術の独自性と適応性について説明し、マイクロバッテリーの印刷可能なユニットと印刷可能なインクを準備する汎用的な方法を紹介します。次に、マイクロバッテリーの電極構造、デバイス構成、パフォーマンス調整、システム統合における 3D 印刷の優れた役割に焦点を当てます。最後に、本稿では、新機能材料の設計、高度な印刷技術の開発、新しいデバイス構造の研究開発、小規模での独自の反応メカニズムの解釈、統合マイクロシステムの構築に基づくフルチェーンの研究作業により、3D 印刷マイクロバッテリーの応用可能性を最大限に高めることができると指摘しています。

論文情報
3Dプリントマイクロバッテリーの現状と課題
Jiaxin Ma、Shuanghao Zheng、* Yinghua Fu、Xiao Wang、Jieqiong Qin、Zhong-Shuai Wu*（Wu Zhongshuai、中国科学院大連化学物理研究所）
化学科学、2024
https://doi.org/10.1039/D3SC06999K

著者について<br /> 准研究員の馬佳新氏は、本論文の筆頭著者であり、鄭州大学材料科学工学学院の准研究員です。 2023年6月、中国科学院大連化学物理研究所の呉忠帥研究員の指導のもとで博士号を取得。2023年8月、鄭州大学材料科学工学学院に着任。主に印刷可能なマイクロエネルギー貯蔵デバイスとマイクロエネルギーシステム、リチウム金属固体電池の研究に従事。これまでに、Nature、Advanced Materials、National Science Review、Advanced Energy Materials、Materials Today、Advanced Functional Materials などの雑誌に 30 本以上の学術論文を発表しています。彼は、国家奨学金、北京優秀大学院生賞、陸家熙優秀大学院生賞、延昌石油優秀博士課程学生奨学金など、数多くの栄誉/賞を受賞しています。

研究者呉忠帥<br /> 中国科学院大連化学物理研究所

この記事の責任著者は、中国科学院大連化学物理研究所の主任研究員（終身在職権あり）、二次元材料化学およびエネルギー応用研究グループ（グループ 508）のリーダー、博士課程の指導者、国家優秀若手科学者基金の受賞者、および王立化学協会のフェローです。彼は、2018年から2023年まで6年連続でクラリベイト・アナリティクスの世界的高被引用科学者であり、エルゼビアの「中国における高被引用学者」、中国共産党中央委員会組織部が紹介するハイレベルな海外若手人材、スーパーキャパシタ産業連盟の青年工作委員会副委員長を務めています。主にグラフェンや二次元材料、マイクロエネルギー貯蔵装置やマイクロエネルギーシステム、スーパーキャパシタ、先進電池（リチウム/ナトリウム/亜鉛イオン、リチウム金属/硫黄/空気、固体電池）、エネルギー触媒など、二次元材料化学やマイクロナノ電気化学エネルギー応用に関する基礎研究に従事。これまでに、Nature、Nat. Commun.（5件）、Energy Environ. Sci.（12件）、Adv. Mater.（17件）、Adv. Energy. Mater.（17件）、J. Am. Chem. Soc.（8件）、Angew. Chem. Int. Ed.（6件）、Natl. Sci. Rev.（5件）、Energy Storage Mater.（19件）、J. Energy Chem.（19件）などの雑誌に300本以上の学術論文を発表しており、SCIでは37,000回以上（Google Scholarでは45,000回以上）引用されています。また、39本の論文は他者から200回以上引用されており、12本の論文は他者から1,000回以上引用されています。 120件以上の発明特許が申請され、28件が認可されました。国家自然科学賞二等賞（2017年4位）、遼寧省自然科学賞一等賞を2回受賞（2017年4位、2022年1位）、第13回遼寧省青年科学技術賞、ナノ研究新進若手科学者賞、エネルギー貯蔵材料若手科学者賞、中国科学院優秀メンター賞、陸嘉熙優秀メンター賞、中国科学院大学先鋒銀賞・占池賞、中国科学院「百人一首計画」優秀最終評価などを受賞。 1 つの国際規格と 2 つの国家規格が承認されました。また、Applied Surface Science の副編集長、J. Energy Chem. の編集長、Natl Sci. Rev. の編集ワーキンググループのメンバー、Energy Storage Mater.、Science Bulletin、Science Bulletin、Nanomaterials、Carbon Futures、Mater. Res. Express、Physics の編集委員、Interdisciplinary Materials の学術編集者、Chin. Chem. Lett.、eScience、Materials Futures、Acta Physico-Chimica Sinica の若手編集委員、および Engineering のコミュニケーション専門家でもあります。

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