​扬大庞欢AM：微流控辅助3D打印二维导电MOF/MXene异质结构用于高稳定性有机锌电池

与锌箔负极相比，锌粉（Zn-P）负极在通用性和可加工性方面具有显著优势。然而，其高表面积的粗糙表面加剧了锌枝晶的不可控生长和副反应。

在此，扬州大学庞欢团队通过微流体辅助 3D 打印成功制造了具有由 MXene 和 Cu-THBQ (MXene/Cu-THBQ) 异质结构形成的功能层的防腐 Zn-P 基负极。MXene/Cu-THBQ功能层独特的抗腐蚀性和对Zn离子的强吸附性，可以在重复镀/提锌过程中有效均匀锌离子通量，抑制析氢反应(HER)，从而实现稳定的Zn循环。

因此，基于 Zn-P 和 MXene/Cu-THBQ 负极的对称电池在 2 mA cm⁻²/1 mAh cm⁻² 下表现出 1800 小时的高度可逆循环。此外，与石墨烯上的4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基有机正极相匹配的锌有机全电池提供了高可逆容量并保持了较长的循环寿命。

图1. M3DP-MXene/Cu-THBQ/Zn-P//G-TEMPO 全电池性能

总之，该工作提出了一种新型微流体辅助 3D 打印技术，利用 MXene/Cu-THBQ 异质结构创建稳定的 Zn-P负极，用于构建高性能水性有机锌电池。由于锌离子在2D MXene/Cu-THBQ功能层异质界面上的强烈吸附，可以同时抑制锌枝晶的生长、析氢和副反应。

结果显示，Zn//Zn对称电池在2 mA cm^-2 /1 mAh cm^-2下表现出1800小时的可逆循环特性。同时，1050 个循环内的锌电镀/剥离 CE 高达 99.5%，表明锌的可逆性显着增强。更重要的是，与G-TEMPO正极组装的全锌有机电池具有1200次循环的长寿命，容量保持率为96.8%。

此外，全锌有机电池的优异性能展示了其巨大应用潜力。因此，该项研究展示了使用微流控3D打印策略对锌和功能层之间界面的动态调节，这为锌金属负极的有效界面设计和快速制造提供了新的见解。

图2. 锌离子电池在实际中的应用

MICROFLUIDIC-assisted 3d Printing Zinc Powder Anode with 2d Conductive MOF/MXene Heterostructures for High-stable Zinc-organic Battery, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202309753