中科院大連化學(xué)物理研究所研發(fā)出定制化全3D打印鋅離子雜化電容器

來源： 中國科學(xué)報(bào)
近日，中科院大連化學(xué)物理研究所研究員吳忠?guī)泩F(tuán)隊(duì)提出了通過油墨直寫成型和熔融沉積成型兩種3D打印方法，構(gòu)建全打印可定制水系鋅離子雜化電容器的新策略。團(tuán)隊(duì)利用該策略，成功構(gòu)筑了具有分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的高面容量正極和無枝晶穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的鋅金屬負(fù)極，制備出了高比能、長循環(huán)穩(wěn)定的鋅離子雜化電容器。相關(guān)研究成果發(fā)表于《先進(jìn)能源材料》。

鋅離子電化學(xué)儲(chǔ)能器件因其低氧化還原電位、高理論電容和高安全性引起了廣泛關(guān)注。鋅離子雜化電容器有效結(jié)合了鋅離子電池和超級(jí)電容器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高能量密度和高功率密度。然而，水系鋅離子雜化電容器仍存在面容量較低、鋅枝晶生長及器件形狀因子的限制等問題，阻礙了其在實(shí)際應(yīng)用中的進(jìn)一步發(fā)展。

團(tuán)隊(duì)通過油墨直寫成型和熔融沉積成型兩種3D打印方法，構(gòu)建了全打印鋅離子雜化電容器，包括多孔微晶格正極、無枝晶的金屬鋅負(fù)極、凝膠電解質(zhì)和塑料封裝。其中，鋅負(fù)極上打印的金屬穩(wěn)定結(jié)構(gòu)有效抑制了鋅枝晶的生長，同時(shí)延長了鋅離子雜化電容器的循環(huán)壽命。分級(jí)多孔正極提高了活性材料的面積負(fù)載，從而提高了鋅離子雜化電容器的面積電容。

結(jié)合熔融沉積成型3D打印技術(shù)，團(tuán)隊(duì)在構(gòu)建鋅離子雜化電容器的基礎(chǔ)上，構(gòu)筑了與電極結(jié)構(gòu)相符的封裝結(jié)構(gòu)，成功實(shí)現(xiàn)了形狀可定制的全3D打印鋅離子雜化電容器。

該工作展現(xiàn)了3D打印技術(shù)在可定制化儲(chǔ)能器件方面的應(yīng)用潛力。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/aenm.202200341