水性锌离子电池（AZIBs）作为锂离子电池的替代品，具有低成本、丰富的原材料和安全性高等优点。然而，传统制造方法在电极和电解质界面等方面存在瓶颈。近期的研究表明，3D打印技术为解决这些问题提供了新的可能。通过3D打印，研究人员能够定制电极结构、优化离子通道、提高电池稳定性和循环寿命。文章回顾了直写墨水（DIW）、熔融沉积成型（FFF）和立体光固化（SLA）等3D打印技术在水性锌离子电池设计中的应用，并讨论了未来在材料创新与结构优化方面的挑战与前景。
深圳科技大学的研究人员发表了一篇综述，强调了3D打印如何加速水性锌离子电池（AZIBs）的发展，这种电池被认为是锂离子系统的有前景替代品。该论文《Recent Progress on the Research of 3D Printing in Aqueous Zinc-Ion Batteries》已于2025年8月4日发表于《Polymers》期刊。
安全和可持续的能源存储
随着对可再生能源整合需求的增加，研究人员正在寻求更安全、更可持续的替代锂离子电池的方案。水性锌离子电池提供了包括低成本、原材料丰富和非易燃的水性电解质等优势。然而，传统制造技术由于锌枝晶生长、离子运输效率低下以及电极与电解质界面不稳定等问题，限制了其性能。
根据作者的说法，3D打印为解决这些瓶颈提供了新的设计自由度。增材制造使得定制电极结构、控制离子通道和集成电池封装成为可能，这可能会成为下一代电池生产的变革性技术。
评审的打印技术
该研究回顾了三种关键增材制造方法在锌离子电池研究中的作用。直接墨水书写（DIW）可以精确制造厚且多孔的电极和固态电解质结构。通过支持高粘度墨水，DIW能够定制离子通道，尽管它仍面临墨水配方和打印速度较慢的问题。
相比之下，熔融沉积成型（FFF）提供了一条低成本且广泛可访问的路径，用于制造电池外壳和电流收集器模具。然而，这种方法受到低电极密度和材料兼容性有限的限制。
立体光固化（SLA）提供了亚微米级的精度，尤其适用于微流体电解质和薄固态电解质层，但它仍受到需要光固化树脂的限制，并且通常需要复杂的后处理。
这三种技术在不同电池组件中提供了独特的优势，但都必须克服可扩展性和长期稳定性方面的限制。
AZIB设计中的应用
这篇综述强调了3D打印在水性锌离子电池关键组件中的一些最新应用实例。对于阴极，3D打印的MnO₂和FeVO/rHGO结构，采用多孔或蜂窝状几何形状，改善了循环稳定性和离子传输，达到了超过7 mAh/cm²的面积容量。
在阳极方面，研究人员使用立体光固化和直接墨水书写制造了三维锌和石墨烯框架，抑制了枝晶生长并将电池寿命延长至1800小时以上。
电解质和隔膜也从增材制造中受益：通过DIW和DLP打印的水凝胶基电解质提供了高离子导电性和机械柔性，适用于可穿戴设备，而MXene改性隔膜则进一步稳定了锌的沉积。
最后，通过直接打印微型电池和混合电容器，展示了完整电池的封装，这些微型电池展示了增强的结构集成性、更长的循环寿命，并且与柔性电子产品兼容。
3D打印锌离子电池的规模化障碍
尽管取得了令人鼓舞的结果，但将3D打印水性锌离子电池扩大到工业生产仍然是一个障碍。必须解决材料的可打印性、材料间的兼容性以及过程效率问题，同时还需要健全的质量控制体系。
作者建议，未来的进展将依赖于多材料打印、基于人工智能的过程优化以及对结构演化的现场监控。他们总结道，通过将材料创新与结构优化相结合，3D打印能够使水性锌离子电池在安全、可持续的能源存储中发挥重要作用。
拓展增材制造在锂离子电池之外的应用
这篇综述发表之际，增材制造正在经历一波创新浪潮，根本改变了各类化学电池组件的设计。例如，最近的一项关于3D打印如何增强锂离子系统的研究：一篇文章探讨了像DIW、SLA、FDM和粘结喷射等技术如何生产具有优越孔隙度和循环寿命的定制电极微结构。
另一个亮点是突破性形状适应性电池，这些电池通过气溶胶喷射打印直接打印到弯曲或柔性表面，这些应用可以将电池无缝地集成到紧凑的设备中。早些时候，加州理工学院的研究人员展示了基于DLP的3D打印如何形成锂离子电池的复杂电极几何形状，展示了增材方法如何在精度和性能上取得双重突破。
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