南方科技大学《ESM》：由3D打印石墨烯阵列实现的高锌利用率水系锌离子电池

成果简介

水系锌离子电池的商业化需要锌负极具有良好的可逆性和高锌利用率。对于常用的二维锌阳极（锌箔），由于在电极-隔板界面形成锌枝晶，它们的电化学性能和可逆性通常与锌的利用率呈负相关。为了克服锌阳极二维几何设计的缺点，本文，南方科技大学林蒙、Jiaming Bai、赵天寿、曾林等研究人员在《Energy Storage Materials》期刊发表名为“High Zinc Utilization Aqueous Zinc Ion Batteries Enabled by 3D Printed Graphene Arrays”的论文，研究制备了两种类型的3D打印石墨烯阵列 (3DG)，管阵列和柱阵列，以同时提高锌阳极的可逆性和利用率。

高度有序的 3D 打印管/柱阵列结构可以适应锌可逆沉积/溶解过程中的显著体积变化，并修改3DG上的锌沉积。阵列结构还可以缓冲金属锌和隔膜之间的相互作用，以保护 AZIB 免受短路。因此，3DG 在 10-80 mA cm -2的电流密度下显示出相当大的库比效率。3DGs@Zn 阳极在 2 mA cm -2 (1 mAh cm -2 ) 的锌对称电池中提供了 1100 小时的寿命。用 3DGs@Zn阳极和V2O5阴极制造的软包电池在实际N/P比(1.74:1) 下提供了面积容量 (3.76 mAh cm -2 ) 和锌利用率 (47.12%)。这项工作将克服用于下一代电池技术的阳极二维几何设计的局限性。

图文导读

图1。3D打印石墨烯阵列的制造和表征

图2。3DG上锌金属电沉积的多物理模型。

图3。锌沉积后3DG的3D形貌观察

图4。基于锌对称电池和半电池的 3DG 电化学性能表征。

图5.3DGs@Zn//V2O5软包电池的电化学性能。

小结

总之，通过DLP方法制造了两种类型的3DG。还深入研究了3DG上3D空间中的锌电沉积分布。这项工作为调节3D 电极中的金属沉积和实现实用的锌金属电池提供了新的见解。

文献：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.10.017