省部共建国重室石绍宏老师在3D打印水系锌离子电池研究领域取得进展

2024年10月10日 17:08  点击:[]

近期,省部共建国重室石绍宏老师在3D打印水系锌离子电池研究领域取得重要进展,相关工作以“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,入选封面论文及ESI高被引、热点论文。

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。据此,石绍宏老师团队利用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。

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

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