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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，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)用中的進一步發(fā)展。

本工作中，該團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、無枝晶的金屬鋅負極、凝膠電解質(zhì)和塑料封裝。其中，鋅負極上打印的金屬穩(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）

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202200341

參考資料：http://www.dicp.ac.cn/xwdt/kyjz/202206/t20220610_6459438.html