3Dプリントにより従来比7倍のエネルギー密度を持つ亜鉛イオン電池を開発 (With 3D printing, UCLA team develops zinc-ion battery with 7 times more energy)

2026-06-29 カリフォルニア大学ロサンゼルス校(UCLA)

米国カリフォルニア大学ロサンゼルス校(UCLA)の研究チームは、3Dプリンティング技術を用いて、高性能な亜鉛・鉄(Zn-Fe)電池を製造する新手法を開発した。再生可能エネルギーの普及には、大容量で低コストかつ安全な蓄電池が不可欠だが、従来の亜鉛・鉄電池は電極構造の制約からエネルギー密度や出力性能に課題があった。研究では、3Dプリンティングにより電極内部に複雑な多孔質構造を精密に形成し、反応面積とイオン輸送効率を向上させた結果、従来設計を上回る充放電性能とエネルギー密度を実現した。また、亜鉛と鉄はいずれも豊富で安価、かつリチウムやコバルトに比べて環境負荷が低く、安全性にも優れるため、大規模な定置型エネルギー貯蔵への適用が期待される。研究者らは、今回の製造技術は設計自由度が高く、大容量蓄電システムの低コスト化と高性能化を両立できる可能性があり、再生可能エネルギーの安定利用や電力網の脱炭素化に貢献する重要な成果であるとしている。

3D printer depositing material into a transparent container with a porous zinc structure, alongside zinc metal samples and a zinc element icon.
Maher El-Kady/UCLA

<関連情報>

亜鉛イオンスーパーキャパシタ用3Dプリント炭素格子上に高質量負荷酸化バナジウムを担持 High Mass-Loading Vanadium Oxide on 3D Printed Carbon Lattices for Zinc-Ion Supercapacitors

Sophia Uemura, Celeste Elkort, Kaitlyn Than, Sydney Rapier, Yuto Katsuyama, Joanne Hui, Zhiyin Yang, Hung-Yi Huang, Chi-Chang Hu, Maher F. El-Kady, Richard B. Kaner
Small  Published: 17 March 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/smll.202514911

ABSTRACT

The rising demand for sustainable and scalable energy storage systems has accelerated the development of aqueous zinc-based technologies. However, conventional slurry-cast planar electrodes underperform at high mass loading, causing low areal capacitance and sluggish rate performance. Herein, we introduce a 3D printed freestanding, binder-free conductive carbon lattice electrode integrated with vanadium oxide (VOx). The 3D framework facilitates homogeneous dispersion of VOx, increasing the electroactive surface area, enhancing the ion transport ability, and maintaining structural integrity under high current density. Enabled by this architecture and a high mass loading of 38 mg cm−2, the electrode achieves areal capacitance of 7129 mF cm−2 at 3 mA cm−2, areal power and energy densities of 44 mW cm−2 and 1 mWh cm−2, along with robust cycling performance, with a capacity retention of 82% after 1500 cycles. To ensure rigorous and reproducible evaluation, we introduce a sealed, 3D-printed test cell that fixes the inter-electrode spacing and suppresses electrolyte evaporation. Compared with open beaker setups commonly used for three-electrode measurements, the printed cell yields more consistent capacitance and resistance. It also maintains 98% capacity retention after 1400 cycles. This synergy of 3D engineered electrodes and cells provides a reproducible pathway to practical, high-energy, and power-density zinc-ion supercapacitors.

0402電気応用
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