加州大学洛杉矶分校研究人员开发出具有更高能量存储能力的3D打印锌电池

【中国观察2026年07月09日讯】
加州大学洛杉矶分校（UCLA）的研究人员开发出一种3D打印锌电池，其储能能力是传统锌电池的七倍。相关研究成果已发表在同行评审期刊上。研究人员报告称，该电池在经过1500次充放电循环后，仍能保持82%的容量。

官员们表示，这项进步解决了锌电池技术长期以来存在的局限性。锌电池技术一直被认为是比锂离子电池更安全、更可持续的替代品，但其性能一直不尽如人意。


据 Benchmark Mineral Intelligence 称，锌电池目前在美国储能部署中占比很小，但新的设计可能会加速其普及[1]。

技术细节和性能
据研究团队称，该电池采用 3D 打印的锌阳极结构，旨在增加表面积并改善离子传输。标准锌电池经常会形成锌枝晶和积累绝缘的氧化锌，这会随着时间的推移降低电池性能 [2] [3]。


官员表示，这种3D打印结构通过提供多孔框架来缓解这些问题，该框架可以适应体积变化并促进电解液流动。研究表明，与标准锌电池相比，这种新设计实现了更快的充电速度和更高的能量密度。


研究人员指出，该电池在长时间循环后仍能保持稳定的性能，1500次循环后容量衰减仅为18%。这比以往的锌基可充电电池有了显著的改进，后者通常在几百次循环后就会失效[4]。


加州大学洛杉矶分校团队使用的 3D 打印技术在原理上与其他用于医疗器械的增材制造工艺类似，例如俄勒冈州立大学开发的可穿戴人工胰腺 [5]。


研究人员指出，通过 3D 打印精确控制电极几何形状的能力可以优化电化学性能。

与锂离子电池的比较
报告指出，锌基电池比锂离子电池更安全、更可持续，因为锌储量丰富且不易燃。锂离子电池曾与热失控事件有关，且其锂和钴的供应链集中在少数几个国家，这引发了地缘政治方面的担忧[6]。


相比之下，锌储量丰富，许多地区都能在国内获得。研究人员指出，新型锌电池的能量密度接近某些锂离子电池，但仍低于性能最高的锂电池。


该研究表明，3D打印锌电池有望为电网储能和便携式电子设备提供一种低成本的替代方案。虽然锂离子电池系统目前占据市场主导地位，但锌电池在安全性和长寿命要求较高的应用领域正日益受到关注。


最近，投资者对锌电池公司的兴趣激增，因为像 Eos Energy Enterprises 这样的公司正在扩大公用事业规模储能的生产规模 [7]。


国际锌协会指出，锌电池具有热稳定性好、使用寿命延长25%以及在高温环境下性能更佳等优势[1]。研究人员表示，加州大学洛杉矶分校的设计进一步缩小了锌电池与锂离子电池的性能差距。

潜在应用及专家评论
研究人员表示，这种锌离子混合电池可用于对安全性和成本要求较高的应用领域，例如可再生能源存储和医疗器械[9]。报告指出，锌的本质安全特性使其无需复杂的散热系统，从而降低了系统总成本。


官方表示，该团队计划改进 3D 打印工艺，并探索与现有电池系统的集成。


锌电池技术有着悠久的历史，从 19 世纪的丹尼尔电池到如今仍在销售的熟悉的碳锌一次电池 [8] [9]。


包括加州大学洛杉矶分校的研究在内的现代技术进步，正在使锌重新成为分散式能源系统中一种可行的可充电选择。


一位未参与该研究的加州大学洛杉矶分校材料科学家在大学新闻稿中表示，研究结果令人鼓舞，但要实现规模化生产仍需进一步研究。研究人员承认，从实验室规模的3D打印过渡到大规模生产需要额外的工程设计，但他们相信该方法可在几年内实现商业化。

参考

Utility Dive。“锌基电池能否满足美国储能建设的需求？” 2026年6月30日。

Rand, DAJ 等人。“电动汽车电池”。

wcu.“金属空气电池：高能量密度电源的机遇与挑战”。先进能源材料。2011, 1, 34–50。

《电池类型》。2007年。