四川大学刘慰研究员/广西大学石绍宏助理教授 Adv. Funct. Mater.：3D打印可定制几何结构的水系锌离子电池

2024-02-14 来源：高分子科技

新兴的可穿戴或植入式电子设备是传感、监测和治疗的强大互动平台，这需要具有可定制尺寸和几何形状的高性能电池。与其他电池系统相比，水系锌离子电池具有优异的生物相容性，不涉及重金属和氟化物等对人体有毒的元素，是最合适的电池系统。然而，其锌枝晶生长和析氢反应会造成电池内部短路、库伦效率低和循环寿命缩短。

鉴于此，广西大学石绍宏助理教授与四川大学刘慰研究员合作，利用3D打印增材制造技术和化学沉积相结合，开发了一种具有可定制几何形状的轻质三维铜结构，提供了与商业泡沫铜相当的导电性，并减少约 80% 的铜用量，同时采用亲锌石墨烯涂层促进锌在三维铜表面均匀且优先Zn(002)晶面生长，大大抑制了析氢反应。负载锌的三维电极可使对称电池在 10 mA cm^-2 下稳定循环 300 小时，比累积容量达到 86.7 Ah g^-1，表现出优异循环稳定性、高充电率和轻量化电极特征。全3D打印的袋式全电池（3.6 mAh）在 1 C 下循环 200 次后，仍显示出 91.4% 的容量保持率，充分体现了其在新型电池的适用性。该研究不仅从电池结构设计的自由度还是其性能表现，均为开发轻质集流体和可定制、高能量的水系锌离子电池提供了创新思路。

图一：石墨烯抑制锌枝晶生长

图二：3DP Cu@Gr电极合成

图三：3DP Cu@Gr电极结构表征

图四：3DP Cu@Gr//Zn半电池性能表征

图五：全电池性能表征

上述工作以“Lightweight Zn-philic 3D-Cu Scaffold for Customizable Zinc Ion Batteries”为题，发表在SCI杂志《Advanced Functional Materials》（中科院1区，IF =19.0）上。论文通讯作者为四川大学刘慰研究员，第一作者为广西大学石绍宏助理教授，学生第一作者为周东成硕士研究生。近年来，结合3D打印增材制造技术，该团队已在Nano-Micro Lett.、Chem. Eng. J.、Compos. Part B Eng.、Carbohyd. Polym.等发表高水平SCI论文多篇。这些研究工作得到国家重点研发计划（2022YFE0135900）、国家自然科学基金项目（52303036）、广西科技基地和人才专项项目（GUIKE AD23026179）等项目支持。

全文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202312664

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（责任编辑：xu）

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