3D Printing of MXene‐Enhanced Ferroelectric Polymer for Ultrastable Zinc Anodes

材料科学 聚偏氟乙烯 阳极 化学工程 聚合物 相(物质) 铁电性 纳米技术 复合材料 电极 光电子学 冶金 有机化学 工程类 电介质 物理化学 化学
作者
Guoyin Zhu,Hongcheng Zhang,Jingqi Lu,Yanan Hou,Pin Liu,Shengyang Dong,Huan Pang,Yizhou Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (1) 被引量:21
标识
DOI:10.1002/adfm.202305550
摘要

Abstract Zinc (Zn) metal anodes of aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs) have attracted significant attention due to their high theoretical capacities, low redox potentials, and low cost. However, uncontrollable dendrite formation and side reactions can result in limited reversible cycling and quick failure of the batteries. Herein, a polyvinylidene fluoride (PVDF)‐based protection layer (PVDF‐MXene) with high β‐phase content is built by the 3D printing method. The synergistic effect attributed to the 3D printing approach and MXene nanosheets contributes to phase transition of the PVDF polymer chains from α‐phase to β‐phase, improving the ferroelectric properties of the printed PVDF films. Such a protection layer can manipulate the concentration distribution of zinc ions and enable the uniform growth of zinc plates. As a result, symmetrical zinc batteries using such anodes (PVDF‐MXene‐Zn) exhibit reversible Zn plating/stripping with low voltage hysteresis at 1.0 mA cm −2 , 1.0 mAh cm −2 for over 4200 h, and a high‐rate capability up to 10 mA cm −2 . When assembled with MnO 2 and activated carbon, the resulting Zn‐MnO 2 battery and zinc‐ion capacitor exhibited significantly enhanced cycling stability. The proposed strategy in this study provides a novel strategy for the protection of the zinc anode, thus promoting the practical application of ZIBs.
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