第一作者:Xinyu Liu通訊作者:丁軼,劉喜正通訊單位:天津理工大學丁軼,教授,天津市特聘教授,天津理工大學;先后承擔國家863計劃、重大科學研究計劃、國家杰出青年科學基金、國家自然科學基金等二十余項科研項目。發表學術論文100余篇,被引用10000余次,個人H指數55。授權國內、國際專利40余項。(信息來源:https://nem.tjut.edu.cn/info/1021/1147.htm,更新時間:2019-11-13)劉喜正,教授,先后入選天津市青年科技優秀人才、天津市中青年骨干創新人才、天津市青年特聘教授等。先后主持中央軍委項目、國家自然科學基金、天津市自然科學、天津市“131”人才工程、重點實驗室開放基金等項目。目前發表SCI論文60余篇,部分論文被選為封面文章,所發表論文被引用1700余次,H-指數22。(信息來源:https://nem.tjut.edu.cn/info/1111/2530.htm,更新時間:2023-04-10) 論文速覽由于其非凡的能量和功率密度,3D微型電池成為小型化電源的非常有前途的候選產品。然而,制造完整且均勻的電解質/隔膜以在組裝的3D電池中分隔3D電極仍然是一個重大挑戰。本研究提出了一種通過改進的噴涂沉積方法制備3D電解質膜的直接方法,有效隔離了三維多孔LiFePO4正極和鋰負極,實現了集成非周期性3D微型電池的構建。 該3D電池展現出高達8.8 mAh cm?2(29.1 mWh cm?2)的比容量和12.7 mW cm?2的最大功率密度。與傳統的2D電池相比,3D電池的充放電時間顯著縮短,僅為0.17秒,而傳統2D電池則為0.73秒。3D電池的優異性能主要歸功于縮短的離子擴散路徑,這代表了所有報道的非周期性3D電池中最高的峰值功率和能量密度。使用噴涂沉積電解質進行3D電極分隔,為3D電池的發展帶來了重要進展,并展示了實際應用的巨大潛力。圖文導讀圖1:3D與2D電池的對比、構建3D電池的挑戰以及集成非周期性3D電池的可能離子/電子轉移的示意圖。圖2:3D正極的形態,并通過Nyquist圖、循環和性能圖比較了3D和2D正極的電化學性能。圖3:通過噴涂沉積方法制備復合聚合物電解質(CPEs)的過程。圖4:3D電池的制備和特性。圖5:3D電池的電化學性能。總結展望本研究成功地通過噴涂沉積技術制備了3D電解質膜,并將其應用于非周期性3D微型電池的組裝。該技術不僅解決了在不規則界面上構建3D電解質膜的挑戰,而且實現了室溫下高達9.6 × 10?4 S cm?1的離子導電性和0.48的鋰離子傳輸數。3D電池展現出卓越的能量和功率密度,即使在12.7 mW cm?2的高功率密度下也能維持4.02 mWh cm?2的能量密度。這些發現在當前3D電池研究中極為突出。未來,噴涂沉積技術在3D電解質和電極制備技術中的整合,預示著3D電池技術在物聯網應用中的創新潛力。文獻信息標題:Integrating Aperiodic 3D Porous Electrodes into 3D Batteries through Spray-Deposited Polymer Electrolytes期刊:Advanced Energy MaterialsDOI:10.1002/aenm.202401330