與鋅箔負(fù)極相比，鋅粉（Zn-P）負(fù)極在通用性和可加工性方面具有顯著優(yōu)勢。然而，其高表面積的粗糙表面加劇了鋅枝晶的不可控生長和副反應(yīng)。

在此，揚州大學(xué)龐歡團(tuán)隊通過微流體輔助 3D 打印成功制造了具有由 MXene 和 Cu-THBQ (MXene/Cu-THBQ) 異質(zhì)結(jié)構(gòu)形成的功能層的防腐 Zn-P 基負(fù)極。MXene/Cu-THBQ功能層獨特的抗腐蝕性和對Zn離子的強(qiáng)吸附性，可以在重復(fù)鍍/提鋅過程中有效均勻鋅離子通量，抑制析氫反應(yīng)(HER)，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的Zn循環(huán)。

因此，基于 Zn-P 和 MXene/Cu-THBQ 負(fù)極的對稱電池在 2 mA cm^?2/1 mAh cm^?2 下表現(xiàn)出 1800 小時的高度可逆循環(huán)。此外，與石墨烯上的4-羥基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基有機(jī)正極相匹配的鋅有機(jī)全電池提供了高可逆容量并保持了較長的循環(huán)壽命。

圖1. M3DP-MXene/Cu-THBQ/Zn-P//G-TEMPO 全電池性能

總之，該工作提出了一種新型微流體輔助 3D 打印技術(shù)，利用 MXene/Cu-THBQ 異質(zhì)結(jié)構(gòu)創(chuàng)建穩(wěn)定的 Zn-P負(fù)極，用于構(gòu)建高性能水性有機(jī)鋅電池。由于鋅離子在2D MXene/Cu-THBQ功能層異質(zhì)界面上的強(qiáng)烈吸附，可以同時抑制鋅枝晶的生長、析氫和副反應(yīng)。

結(jié)果顯示，Zn//Zn對稱電池在2 mA cm^-2 /1 mAh cm^-2下表現(xiàn)出1800小時的可逆循環(huán)特性。同時，1050 個循環(huán)內(nèi)的鋅電鍍/剝離 CE 高達(dá) 99.5%，表明鋅的可逆性顯著增強(qiáng)。更重要的是，與G-TEMPO正極組裝的全鋅有機(jī)電池具有1200次循環(huán)的長壽命，容量保持率為96.8%。

此外，全鋅有機(jī)電池的優(yōu)異性能展示了其巨大應(yīng)用潛力。因此，該項研究展示了使用微流控3D打印策略對鋅和功能層之間界面的動態(tài)調(diào)節(jié)，這為鋅金屬負(fù)極的有效界面設(shè)計和快速制造提供了新的見解。

圖2. 鋅離子電池在實際中的應(yīng)用

MICROFLUIDIC-assisted 3d Printing Zinc Powder Anode with 2d Conductive MOF/MXene Heterostructures for High-stable Zinc-organic Battery, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202309753