Lightweight Zn‐Philic 3D‐Cu Scaffold for Customizable Zinc Ion Batteries

材料科学 法拉第效率 化学工程 多孔性 电极 涂层 保形涂层 原子层沉积 金属 纳米技术 冶金 电化学 复合材料 图层(电子) 工程类 化学 物理化学
作者
Shaohong Shi,Dongcheng Zhou,Yuheng Jiang,Fangchao Cheng,Jianping Sun,Quanquan Guo,Yiteng Luo,Yungui Chen,Wei Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (24) 被引量:55
标识
DOI:10.1002/adfm.202312664
摘要

Abstract Porous metal current collectors (CCs) serve as key component for aqueous Zn‐ion batteries (AZIBs). Herein, a lightweight 3D‐Cu architecture with customizable geometries is developed to enable reversible Zn‐metal cycling. The 3D‐Cu is prepared by 3D‐printing a crosslink‐able polymer scaffold followed by Cu‐metallization. The printed architecture is optimized to endow 3D‐Cu with electric conductivity that is on‐par with commercial Cu foam, but can reduce ≈80% of the weight and consumption of Cu. A Zn‐philic graphene (Gr) coating is adopted to promote uniform and (002)‐preferred Zn growth onto the 3D‐Cu surface, creating a 3DP‐Cu@Gr architecture that induces conformal Zn‐deposition and greatly suppressed H 2 ‐evolution reaction. The 3DP‐Cu@Gr||Zn shows stable 700 cycles at 4 mA cm −2 and 2 mAh cm −2 , with coulombic efficiency >99.6%. Zn‐loaded 3D‐electrodes enable symmetrical cells with stable 300 h cycling at 10 mA cm −2 , delivering a specific accumulated capacity of 86.7 Ah g −1 . This represents an unprecedented combination of cycle stability, high charge rate, and electrode lightweight. The all‐printed pantacle‐shape full pouch cells (3.6 mAh) exhibit 91.4% capacity retention after 200 cycles at 1 C. Possessing unusual design freedom, this strategy demonstrates a pathway for developing lightweight Cu CCs and customizable high‐energy AZIBs.
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