增材制造因其可扩展、高自由度等优势被广泛应用于电化学储能器件中。当前研究一直集中在电极的印刷上，而电解质印刷作为储能器件增材制造的瓶颈，相应的研究相对较少。此外，前人所印刷固态电池的容量、倍率、长循环性能等方面均离实际需求有较大距离。这其中的挑战就在于直接印刷电极材料的同时很难有效地形成结合良好的电极-电解质界面。
近日，我校材料科学与工程学院张传芳教授团队在印刷锌离子储能器件方面取得了重要进展，相关工作以“MXene Triggered Free Radical Polymerization in Minutes toward All-Printed Zn-Ion Hybrid Capacitors and Beyond”为题发表于国际权威期刊Angewandte Chemie International Edition。材料学院2021级本科生曾垂金和2023级博士研究生张文韬为论文的共同第一作者，张传芳教授为论文的唯一通讯作者，四川大学材料科学与工程学院为唯一通讯单位。
图1.（a）MXene触发化学示意图以及（b）用于打印准固态电解质示意图
在该工作中，张传芳教授团队基于MXene独特的表面化学，首次提出了“MXene触发化学”的概念，并得到实际验证。即通过MXene显著降低引发剂过硫酸铵（APS）的解离焓，加速自由基的产生，从而实现在数分钟内水凝胶电解质单体的原位聚合(图1)。这种通用但独特的触发化学可允许液态的前体溶液充分渗透到电极网络中，然后再由MXene触发自由基聚合（FRP），快速形成互联互穿的GPEs框架，从而与电极活性物质紧密接触（图2a）。为了确保在FRP开始前前体溶液便完成彻底的渗透，通过定性模拟证明了GPEs前体溶液在各状态下都保持着均匀的渗透行为，从而使整个活性物质被聚合的准固态电解质良好包裹，形成良好的电极-电解质界面并提高电极活性物质的利用率（图2b-d）。这种聚合物电解质流变行为的可控即时切换也完全符合3D打印的油墨要求，这在全打印固态储能器件方面具有应用潜力（图2e）。这种原位聚合的方法大幅促进了锌离子固态电池或混合电池的储能特性，并能长期稳定循环（>5万次），兼具高能量密度和功率密度。
图2.（a）渗透过程及三维电极结构示意图；（b）MX-PAM电解质前驱体的渗透过程模拟；（c，d）不同渗透程度和放电深度下的电极利用效率；（e）一体式打印ZHCs的制造示意图
上述研究工作得到国家自然科学基金项目( 22209118, 22479101,00301054A1073)、国家首批海外优青资助、中央高校基本科研业务费专项基金（1082204112A26, 20826044D3083, 20826041G4185, 20822041G4080）等项目资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202413728
