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水系鋅離子電池（AZIBs）的鋅（Zn）金屬負極因其理論容量高、氧化還原電位低、成本低等特點而受到廣泛關注。然而，不可控的枝晶形成和副反應會導致電池的可逆循環有限和快速失效。

在此，南京信息工程大學張一洲教授、董升陽教授&揚州大學龐歡教授團隊通過3D打印方法構建了具有高β相含量的聚偏二氟乙烯(PVDF)基保護層(PVDF-MXene)。3D打印方法和MXene納米片的協同效應有助于PVDF聚合物鏈從α相到β相的相變，從而提高打印的PVDF薄膜的鐵電性能。

這種保護層可以控制鋅離子的濃度分布。因此，使用這種負極(PVDF-MXene-Zn)的對稱鋅電池在1.0 mA cm^-2和1.0 mAh cm^-2下表現出可逆的鋅電鍍/剝離，具有低電壓滯后，循環超過4200小時。當與MnO₂和活性炭組裝時，所得的Zn-MnO₂電池和鋅離子電容器表現出顯著增強的循環穩定性。

圖1. 對稱電池性能

總之，該工作以二維Ti₃C₂T_x納米片為模板，采用3D打印工藝，設計了極化鐵電聚合物基復合薄膜(PVDF-MXene)，以改善鋅沉積行為，穩定鋅金屬負極的剝離/鍍過程。Ti₃C₂T_x納米片與PVDF聚合物之間的強靜電相互作用可以增強PVDF聚合物的β相，從而改善其鐵電性能，并協同調節陽離子分布和陰離子濃度。MXene納米片由于其高導電性和與Zn的強結合能，可以在復合膜表面誘導均勻的鋅成核/沉積。

因此，PVDF-MXene改性的鋅陽極在1 mA cm^-2下表現出超過4200小時的延長循環壽命，以及接近100%的高CE。使用這種鋅負極所制造的鋅離子電池和鋅離子電容器都表現出改善的電化學性能和顯著的容量保持率。因此，這種構建新型鐵電復合材料薄膜來穩定鋅負極的策略是非常有效的，并為可應用于高性能電池的其他金屬負極提供了新的思路。

圖2. 全電池性能

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

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張一洲/董升陽/龐歡AFM：3D打印MXene基鐵電聚合物改善鋅離子電池性能

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