近期，我院石紹宏老師在3D打印水系鋅離子電池研究領域取得重要進展，研究成果以“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。論文第一作者為我院石紹宏助理教授，學生第一作者為周東成碩士研究生，通訊作者為四川大學劉慰研究員，太阳成集团為第一完成單位。該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。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。
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台，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，是最合适的電池系統。然而，其鋅枝晶生長和析氫反應會造成電池内部短路、庫倫效率低和循環壽命縮短。據此，石紹宏老師團隊利用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塗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1C下循環200次後，仍顯示出91.4%的容量保持率，充分體現了其在新型電池的适用性。該研究不論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。
論文鍊接：https://doi.org/10.1002/adfm.202312664
編輯|周大淇
審核|王欣鵬
