张一洲/董升阳/庞欢AFM：3D打印MXene基铁电聚合物改善锌离子电池性能

水系锌离子电池（AZIBs）的锌（Zn）金属负极因其理论容量高、氧化还原电位低、成本低等特点而受到广泛关注。然而，不可控的枝晶形成和副反应会导致电池的可逆循环有限和快速失效。

在此，南京信息工程大学张一洲教授、董升阳教授&扬州大学庞欢教授团队通过3D打印方法构建了具有高β相含量的聚偏二氟乙烯(PVDF)基保护层(PVDF-MXene)。3D打印方法和MXene纳米片的协同效应有助于PVDF聚合物链从α相到β相的相变，从而提高打印的PVDF薄膜的铁电性能。

这种保护层可以控制锌离子的浓度分布。因此，使用这种负极(PVDF-MXene-Zn)的对称锌电池在1.0 mA cm^-2和1.0 mAh cm^-2下表现出可逆的锌电镀/剥离，具有低电压滞后，循环超过4200小时。当与MnO₂和活性炭组装时，所得的Zn-MnO₂电池和锌离子电容器表现出显著增强的循环稳定性。

图1. 对称电池性能

总之，该工作以二维Ti₃C₂T_x纳米片为模板，采用3D打印工艺，设计了极化铁电聚合物基复合薄膜(PVDF-MXene)，以改善锌沉积行为，稳定锌金属负极的剥离/镀过程。Ti₃C₂T_x纳米片与PVDF聚合物之间的强静电相互作用可以增强PVDF聚合物的β相，从而改善其铁电性能，并协同调节阳离子分布和阴离子浓度。MXene纳米片由于其高导电性和与Zn的强结合能，可以在复合膜表面诱导均匀的锌成核/沉积。

因此，PVDF-MXene改性的锌阳极在1 mA cm^-2下表现出超过4200小时的延长循环寿命，以及接近100%的高CE。使用这种锌负极所制造的锌离子电池和锌离子电容器都表现出改善的电化学性能和显著的容量保持率。因此，这种构建新型铁电复合材料薄膜来稳定锌负极的策略是非常有效的，并为可应用于高性能电池的其他金属负极提供了新的思路。

图2. 全电池性能

3D Printing of MXene-Enhanced Ferroelectric Polymer for Ultrastable Zinc Anodes Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202305550

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张一洲/董升阳/庞欢AFM：3D打印MXene基铁电聚合物改善锌离子电池性能

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