用于高电压水系锌离子电池的3D打印钛-石墨烯基复合集流体OA
3D-printed Ti/graphene composite current collectors for high-voltage aqueous zinc-ion batteries
水系锌离子电池(AZIBs)因其安全性高、成本低和环境友好,在大型储能设备领域展现出巨大潜力,然而其实际应用受限于狭窄的工作电压窗口.本工作通过 3D打印技术设计并制备了耐高电压的钛-石墨烯-钛基正极集流体(TGT).TGT外表面的钛层形成了 TixOy 保护层,能在高电压环境下有效抑制电解液分解.因此电池电压窗口可扩展至 1.0～2.2 V 且无明显副产物生成.同时,TGT 结构内的石墨烯层显著提升阳离子吸附及嵌入/脱出动力学效率,电池展现出 307.5 mAh g-1 的高比容量和较长的循环寿命.基于该集流体制备的 AZIBs在高电压范围下可稳定充放电循环 400圈.此外,本工作阐明了钛层与石墨烯层空间构型的协同作用机制,为开发适用于 AZIBs的耐高电压复合正极集流体提供了新思路.
Aqueous zinc-ion batteries(AZIBs)have significant promise as large-scale energy storage devices due to their high safety,low cost,and envir-onmental friendliness.However,their application has been constrained by limited operational voltage windows.A high-voltage-resistant Ti-graphene-Ti cathode current collector(TGT)was designed and fabricated by three-dimensional(3D)printing.The surface of the TGT has a TixOy protective layer,which effectively sup-presses electrolyte decomposition under high voltage conditions so that the voltage window of the battery is extended to 1.0-2.2 V without the obvious formation of by-products.Simultaneously,the graphene layer in the TGT structure significantly improves the adsorption and insertion/extraction kinetics of cations,resulting in a high specific capacity of 307.5 mAh g-1 and a prolonged cycling life of the battery.The resultant AZIBs have a stable charge/discharge performance over 400 cycles at a high voltage.Furthermore,the influence of the geometric arrangements of Ti and graphene in the 3D printing process on the energy storage mechanism was investigated and provided novel insight for the development of high-voltage-resistant composite cath-ode current collectors for AZIBs.
杨志强;胡涵;陈德;杨浩;王瑞;万弋;张燕;刘晨昊;张子安;李玉琪;吴明铂
中国石油大学(华东) 化学化工学院 重质油全国重点实验室 山东省电化学储能关键技术重点实验室,山东 青岛,266580中国石油大学(华东) 化学化工学院 重质油全国重点实验室 山东省电化学储能关键技术重点实验室,山东 青岛,266580Department of Chemical Engineering,Norwegian University of Science and Technology,Trondheim 7491,Norway中国石油大学(华东) 化学化工学院 重质油全国重点实验室 山东省电化学储能关键技术重点实验室,山东 青岛,266580中国石油大学(华东) 化学化工学院 重质油全国重点实验室 山东省电化学储能关键技术重点实验室,山东 青岛,266580||南开大学 先进能源材料化学教育部重点实验室,天津,300071中国石油大学(华东) 化学化工学院 重质油全国重点实验室 山东省电化学储能关键技术重点实验室,山东 青岛,266580中国石油大学(华东) 化学化工学院 重质油全国重点实验室 山东省电化学储能关键技术重点实验室,山东 青岛,266580中国石油大学(华东) 化学化工学院 重质油全国重点实验室 山东省电化学储能关键技术重点实验室,山东 青岛,266580中国石油大学(华东) 化学化工学院 重质油全国重点实验室 山东省电化学储能关键技术重点实验室,山东 青岛,266580中国石油大学(华东) 化学化工学院 重质油全国重点实验室 山东省电化学储能关键技术重点实验室,山东 青岛,266580中国石油大学(华东) 化学化工学院 重质油全国重点实验室 山东省电化学储能关键技术重点实验室,山东 青岛,266580||青岛科技大学 化工学院,山东 青岛,266061
化学化工
3D 打印技术水系锌离子电池复合集流体高电压正极材料宽电压窗口
3D printingAqueous zinc-ion batteriesComposite current collectorsHigh-voltage cathodesWide voltage window
《新型炭材料（中英文）》 2026 (3)
641-651,11
The authors acknowledge the financial support from National Natural Science Foundation of China(22179145),Shandong Provincial Natural Science Foundation(ZR2023LFG005),Qingdao Natural Sci-ence Foundation(24-8-4-zrjj-5-jch),and Science and Technology Park Incubation Program Project of Qing-dao City(25-1-1-yqpy-33-qy).中国国家自然科学基金(22179145)山东省自然科学基金(ZR2023LFG005)青岛市自然科学基金(24-8-4-zr-jj-5-jch)青岛市科技园孵化计划项目(25-1-1-yqpy-33-qy).
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