Direct 3D printing of stress-released Zn powder anodes toward flexible dendrite-free Zn batteries

材料科学 阳极 多孔性 枝晶(数学) 纳米技术 阴极 复合材料 电气工程 几何学 电极 数学 工程类 物理化学 化学
作者
Li Zeng,Jun He,Chenyu Yang,Dan Luo,Huaibo Yu,Hanna He,Chuhong Zhang
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:54: 469-477 被引量:71
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.10.061
摘要

The notorious dendrite growth and poor deformation endurance of Zn metal anode impede the on-going rapid development of flexible Zn-ion batteries (ZIBs). Herein, a direct 3D printing approach architecting a novel Ag-anchored hierarchical porous flexible Zn anode (3DP-ZA) is for the first time proposed for flexible dendrite-free ZIBs. The 3DP-ZA anode demonstrates excellent inherent mechanical flexibility and structural stability: (1) the interaction between the components in the formulated ink (CNT, graphene and cellulose) drives an assembly of a robust intertwined flexible network where Zn powder is homogeneously embedded; (2) the 3D-printing customized macro holes guarantee sufficient buffer space for stress relief to accommodate volume change and maintain structural integrity upon plating/striping. Moreover, the introduced zincophilic Ag source and hierarchical porous structure of the anode endow uniform electronic/ionic fluxes and homogeneous Zn growth. Consequently, the 3DP-ZA//3DP-ZA symmetrical cell delivers a superior lifespan of over 330 h at 1 mA cm−2 and 1 mAh cm−2 with a low voltage hysteresis of 35 mV. Furthermore, a flexible full cell adopting 3DP-ZA anode and PANI coated carbon cloth (PANI@CC) cathode exhibits stable electrochemical performance under continuous deformation. This work points to a new mindset that elaborate 3D structural electrode design for high-performance flexible Zn batteries could be readily realized by 3D printing, which caters to a broad range of flexible energy storage applications.
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