大連化物所研制出可定制化全3D打印鋅離子雜化電容器

2022-06-16 09:22:18來源：大連化學(xué)物理研究所關(guān)鍵詞：3D打印電容器閱讀量：22650

導(dǎo)讀：團(tuán)隊利用該策略，構(gòu)筑了具有分級多孔結(jié)構(gòu)的高面容量正極，以及無枝晶穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的鋅金屬負(fù)極，制備出高比能、長循環(huán)穩(wěn)定的鋅離子雜化電容器。

　　近日，大連化物所催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實驗室二維材料化學(xué)與能源應(yīng)用研究組(508組)吳忠?guī)浹芯繂T團(tuán)隊，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)隊利用該策略，構(gòu)筑了具有分級多孔結(jié)構(gòu)的高面容量正極，以及無枝晶穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的鋅金屬負(fù)極，制備出高比能、長循環(huán)穩(wěn)定的鋅離子雜化電容器。

　　隨著定制化電子產(chǎn)品使用的增加，發(fā)展高能量密度且形狀可定制的電化學(xué)儲能器件已逐漸成為清潔能源轉(zhuǎn)化和存儲的迫切需求。鋅離子電化學(xué)儲能器件因其低氧化還原電位(-0.76 V)、高理論電容(823 mA h/g)、高安全性而引起了廣泛關(guān)注。鋅離子雜化電容器有效結(jié)合了鋅離子電池和超級電容器的優(yōu)點(diǎn)，可同時實現(xiàn)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，阻礙了其在實際應(yīng)用中的進(jìn)一步發(fā)展。

　　本工作中，該團(tuán)隊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)有效地抑制了鋅枝晶的生長，延長了鋅離子雜化電容器的循環(huán)壽命(10000次循環(huán)后的電容保持率為100%)。分級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，所制備的鋅離子雜化電容器表現(xiàn)出4259 mF/m2的高面電容和1514 μWh/cm2的高面能量密度。團(tuán)隊結(jié)合熔融沉積成型3D打印技術(shù)，在構(gòu)建鋅離子雜化電容器的基礎(chǔ)上，構(gòu)筑出了與電極結(jié)構(gòu)相符的封裝結(jié)構(gòu)，成功實現(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)在可定制化儲能器件的應(yīng)用潛力。

　　相關(guān)研究成果以“All 3D Printing Shape-conformable Zinc Ion Hybrid Capacitors with Ultrahigh Areal Capacitance and Improved Cycle Life”為題，于近日發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》(Advanced Energy Materials)上。上述工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金、遼寧省中央引導(dǎo)地方專項等項目的資助。(文/圖劉瑜、鄭雙好)

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