為促進(jìn)鋅離子電池（ZIBs）的實際應(yīng)用，協(xié)調(diào)二氧化錳電極的高質(zhì)量負(fù)載和重量性能是至關(guān)重要的。

圖1. 材料表征

中國石油大學(xué)(華東)吳明鉑、胡涵等展示了3D打印碳微晶格（3DP CMs）的合理調(diào)節(jié)，它可使超厚的二氧化錳電極具有良好的重量比容量。由石墨烯和碳納米管（CNTs）組成的3DP CMs是通過直接油墨3D打印和隨后的高溫退火制備的。

三維打印實現(xiàn)了3DP CMs的周期性結(jié)構(gòu)，而熱退火則有助于實現(xiàn)高導(dǎo)電性和缺陷表面。由于這些結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點(diǎn)，均勻的電場分布和方便的二氧化錳沉積在3DP CMs上是允許的。

圖2. 3DP-MnO₂電極在ZIBs中的電化學(xué)性能

因此，即使在28.4mg cm^-2的高質(zhì)量負(fù)載和高離子傳輸動力學(xué)條件下，在3DP CMs上負(fù)載二氧化錳的最佳電極仍可以達(dá)到282.8 mAh g^-1的創(chuàng)紀(jì)錄的高比容量，這就調(diào)和了質(zhì)量負(fù)載和重量比容量。因此，基于3DP CMs負(fù)載二氧化錳的水系ZIBs提供了優(yōu)于大多數(shù)先前報道的出色性能。

總體而言，這項研究揭示了活性材料和集流體之間相互作用的重要作用，為設(shè)計高性能儲能裝置提供了一種替代策略。

圖3. 3DP-MnO₂的儲能機(jī)理及結(jié)構(gòu)演變

Reconciling Mass Loading and Gravimetric Performance of MnO2 Cathodes by 3D-Printed Carbon Structures for Zinc-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202215076