熔融沉積建模（FDM）通過將熔融熱塑性長絲通過噴嘴擠出并逐層沉積來生產實用的 3D 電極，已變得越來越流行。FDM可以提供設計靈活性和可擴展性，使其適合大規模生產。在此過程中，電極絲是通過將石墨、LTO和LFP等活性材料以及導電添加劑與聚乳酸 (PLA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS) 和聚碳酸酯 (PC) 等熱塑性塑料混合而成。盡管使用FDM的印刷電池表現出設計靈活性，但由于活性和導電材料含量低或熱塑性塑料的存在，其電化學性能受到限制，影響了電解質的可及性和導電性。

在此，美國特拉華大學付堃（Kelvin Fu）團隊開發了一種約含65 wt.%填料的高負載電極絲，結合3D打印和后處理技術，加入增塑劑來制造具有增強電化學性能和機械性能的結構電極。通過3D打印實現電極（即蜂窩形正極和柱狀負極）的叉指設計，脫塑/碳化增強了電極內電解液的分布，有助于提高面容量。

此外，本文采用創新方法制備的高負載長絲制造的結構電池，有效防止脫塑/碳化過程中的尺寸變化，例如收縮和翹曲，從而產生機械堅固的電極。碳化過程中形成的碳層能將排列各向異性的納米材料協同集成，從而進一步提高了電極的整體結構穩定性。

圖1. 結構電極半電池的電化學性能

總之，該工作制造了約含65 wt.%填料的高負載電極絲，進而制備出具有高機械性能和改善電化學性能的結構電極。將3D打印和后處理技術相結合，蜂窩柱形叉指電極通過增加面負載密度和增強電極內的電解質分布來實現高面容量。在電流密度為0.92 mA cm^?2時全電池得到了增強的面容量（≈12.28 mAh cm^?2） 和能量密度 （≈233.69 Wh kg^?1和 ≈218.84 Wh L^?1）。

另外，在碳化過程中形成的碳涂層的打印結構電池表現出協同增強的力學性能（模量為18.5 MPa，強度為1.09 MPa），明顯超過了其他文獻報道的3D打印電極的數值。因此，該工作為制造適用于實際應用的結構電池提供了一種新方法，充分利用了3D打印技術的可擴展性和靈活設計性，為先進電池系統的開辟提供了可能性。

圖2. 結構電極全電池的電化學性能

High-Loaded Electrode Filaments for Additive Manufacturing of Structural Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202301704