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四川大學劉慰研究員/廣西大學石紹宏助理教授 Adv. Funct. Mater.：3D打印可定制幾何結構的水系鋅離子電池

2024-02-14 來源：高分子科技

新興的可穿戴或植入式電子設備是傳感、監測和治療的強大互動平臺，這需要具有可定制尺寸和幾何形狀的高性能電池。與其他電池系統相比，水系鋅離子電池具有優異的生物相容性，不涉及重金屬和氟化物等對人體有毒的元素，是最合適的電池系統。然而，其鋅枝晶生長和析氫反應會造成電池內部短路、庫倫效率低和循環壽命縮短。

鑒于此，廣西大學石紹宏助理教授與四川大學劉慰研究員合作，利用3D打印增材制造技術和化學沉積相結合，開發了一種具有可定制幾何形狀的輕質三維銅結構，提供了與商業泡沫銅相當的導電性，并減少約 80% 的銅用量，同時采用親鋅石墨烯涂層促進鋅在三維銅表面均勻且優先Zn(002)晶面生長，大大抑制了析氫反應。負載鋅的三維電極可使對稱電池在 10 mA cm^-2 下穩定循環 300 小時，比累積容量達到 86.7 Ah g^-1，表現出優異循環穩定性、高充電率和輕量化電極特征。全3D打印的袋式全電池（3.6 mAh）在 1 C 下循環 200 次后，仍顯示出 91.4% 的容量保持率，充分體現了其在新型電池的適用性。該研究不僅從電池結構設計的自由度還是其性能表現，均為開發輕質集流體和可定制、高能量的水系鋅離子電池提供了創新思路。

圖一：石墨烯抑制鋅枝晶生長

圖二：3DP Cu@Gr電極合成

圖三：3DP Cu@Gr電極結構表征

圖四：3DP Cu@Gr//Zn半電池性能表征

圖五：全電池性能表征

上述工作以“Lightweight Zn-philic 3D-Cu Scaffold for Customizable Zinc Ion Batteries”為題，發表在SCI雜志《Advanced Functional Materials》（中科院1區，IF =19.0）上。論文通訊作者為四川大學劉慰研究員，第一作者為廣西大學石紹宏助理教授，學生第一作者為周東成碩士研究生。近年來，結合3D打印增材制造技術，該團隊已在Nano-Micro Lett.、Chem. Eng. J.、Compos. Part B Eng.、Carbohyd. Polym.等發表高水平SCI論文多篇。這些研究工作得到國家重點研發計劃（2022YFE0135900）、國家自然科學基金項目（52303036）、廣西科技基地和人才專項項目（GUIKE AD23026179）等項目支持。

全文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202312664

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（責任編輯：xu）

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