日益电气化的社会对高性能储能器件提出了强烈的需求。 目前占主导地位的有机电解液充电电池普遍存在安全问题，这导致了锌离子电池（ZIB）等本质安全型水系充电电池在过去六年的蓬勃发展。 由于电极材料的低成本和广泛可用性，使用 MnO2 阳极材料的 ZIB 引起了极大的兴趣。 对此，人们在通过调整MnO2电极材料的形貌、微观结构和当量来不断提高其重量容量领域做出了巨大的努力。 众所周知，实际应用更加关注电极材料的面积容量，这需要在高质量负载下具有鲁棒的重量性能。 然而，MnO2 几乎是一种绝缘材料，减少质量负载通常会导致整个电极的电荷转移内阻迅速降低。 就此而言，电物理性能迅速恶化，无法满足实际应用的要求。
中国石油研究院（华南）的学者证明，通过合理调整3D打印碳微晶格（），可以使超厚MnO2电极具有良好的失重能力。 由石墨烯和碳纳米管 (CNT) 制成的 通过直接墨水 3D 打印和低温溶液制备。 3D 打印可实现 的周期性结构，而热溶液有助于生成高导电性且无缺陷的表面。 由于这种结构优势，均匀的电场分布和推进的 MnO2 沉积在 上是允许的。 尽管在28.4 mgcm-2的高质量负载和高离子转移动力学下，在上负载MnO2的最佳电极也可以实现创纪录的高比容量282.8 mAhg-1，这反过来又协调了负载质量和重量性能。 因此，基于MnO2负载的的水性ZIB比之前报道的大多数ZIB具有更优越的性能。 这项研究阐明了活性材料和电器之间相互作用的重要作用，为设计高性能储能设备提供了替代策略。 相关文章发表在“--Ion”标题下。
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图 1.a) 制备的 、碳布和钛网的照片。 b) 在 0.−2 下的表面电压分布模拟。 c) Mn2+在、碳布和Ti网表面的吸附能和电荷差密度模拟。 d) MnO2 在 、碳布和钛网收集器上电沉积的计时电位法。 e) 、碳布和 Ti 网在 MnO2 镀镍溶液中的奈奎斯特图：0.1 m 4H2O 和 0.1 m。 f) 不同电沉积周期（80 秒和 200 秒）下 、碳布和钛网器具上电沉积 MnO2 的扫描电子显微镜 (SEM) 图像。
图 2.a) 的 XRD 图谱。 b) Mn3s 和 c) 的频域 XPS 谱。 d) 的远视图和 e–g) 横截面 SEM 图像
图 3. ZIB 中 、碳布 MnO2 和 Ti 网状 MnO2 电极的电物理性质：a) 扫描速率为 0.1 mVs−1 时的 CV 曲线； b) 奈奎斯特图； c) 基于放电质量容量和放电率性能的面积容量。 d）放电质量容量和e）具有不同MnO2质量负载的ZIB中电极的放电面积容量（插图反映了线性关系）。 f) ZIB 中 阳极与其他锰基阳极的电物理性能比较。
图 4.a) 具有不同 MnO2 质量负载的 电极的奈奎斯特图（插图比较 Rct 值）。 b) 放电过程中ZIB中MnO2质量负载为9.2 mgcm-2时电极的GITT曲线和相应的D值。 ZIB 中 MnO2 质量负载为 9.2 mgcm−2 时 电极的电物理动力学：c）不同扫描速度下的 CV 曲线； d) 四个峰值处的 logi 与 logv 图； e) 相应的电容贡献率。 f) 0.−2 表面电压分布模拟
图 5. 的储能机制和结构转变：a）各种放电/充电状态下的异位 XRD 图； b) 放电/充电期间的原位拉曼光谱； c) 原始状态、完全放电状态和完全充电状态的异位SEM图像； d) 完全放电状态的 EDS 图； 非原位高帧速率 e) Zn2p 和 f) O1s 原始状态、完全放电状态和完全充电状态的 XPS 谱。
事实上，这项研究已经成功地通过协调了MnO2阳极的高质量负载和优异的电物理性能。 合理设计的3D复制结构同时结合了周期性结构和缺陷碳表面的优点，从根本上促进了MnO2的电物理沉积。 在不影响重量分析性能的情况下，实现了 28.4 mgcm-2 的显着负载质量，从而在 0.1 mAcm-2 下获得了 8.04 -2 的极高外观容量，优于大多数以前的报告。 优异的性能可归因于均匀的电场分布以及与活性材料之间的增强相互作用，这分别是通过周期性结构和缺陷表面实现的。 这项工作可能为理解3D打印框架作为家用电器的作用提供另一个视角，并拓宽增材制造技术在高性能储能设备中的应用。 （文字：SSC）
