可定制化全3D打印鋅離子雜化電容器研制成功

近日，中科院大連化學物理研究所研究員吳忠帥團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，構建全打印可定制水系鋅離子雜化電容器的新策略。隨后，團隊利用該策略，成功構筑了具有分級多孔結構的高面容量正極和無枝晶穩定結構的鋅金屬負極，制備出了高比能、長循環穩定的鋅離子雜化電容器。相關研究成果發表于《先進能源材料》。

隨著定制化電子產品使用量的增加，發展高能量密度且形狀可定制的電化學儲能器件已逐漸成為清潔能源轉化和存儲的迫切需求。鋅離子電化學儲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注。鋅離子雜化電容器有效結合了鋅離子電池和超級電容器的優點，同時實現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，阻礙了其在實際應用中的進一步發展。

研究中，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、凝膠電解質和塑料封裝。其中，鋅負極上打印的金屬穩定結構有效地抑制了鋅枝晶的生長，同時延長了鋅離子雜化電容器的循環壽命。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。團隊結合熔融沉積成型3D打印技術，在構建鋅離子雜化電容器的基礎上，構筑了與電極結構相符的封裝結構，成功實現了形狀可定制的全3D打印鋅離子雜化電容器。

該工作展現了3D打印技術在可定制化儲能器件的應用潛力。