成果简介
水系锌离子电池（ZIB）是驱动柔性集成功能系统的有希望的候选者，因为它们安全且环保。在提出的众多正极材料中，Mn基化合物，特别是MnO2，因其能量密度高、无毒、成本低等特点而受到特别关注。，迄今为止报道的阴极材料都具有Zn2+储存动力学缓慢和稳定性一般的特点。本文，哈尔滨工业大学田艳红教授、哈尔滨工业大学（深圳）慈立杰教授、加泰罗尼亚能源研究所Andreu Cabot等在《ACS Nano》期刊发表名为“Flexible Electronic Systems via Electrohydrodynamic Jet Printing: A MnSe@rGO Cathode for Aqueous Zinc-Ion Batteries”的论文，研究提出了一种基于还原氧化石墨烯（rGO）包覆的MnSe纳米颗粒（MnSe@rGO）的ZIB正极。
将MnSe活化为α-MnO2后，ZIB 的比容量高达 290 mAh g–1.通过一系列电化学测试和第一性原理计算，研究了MnSe@rGO基电极电化学性能改善的机理。此外，原位拉曼光谱用于跟踪MnSe@rGO阴极在初始活化过程中的相变，证证明了从LO模式到MO6模式的结构演化。由于MnSe@rGO具有很高的机械稳定性，柔性小型化储能器件可以使用高精度电流体动力（EHD）喷射打印机成功打印，并与触摸控制发光二极管阵列系统集成，演示柔性EHD喷射打印微电池的应用。
图文导读
图1.（a） 用于制造MnSe@rGO复合材料的合成过程示意图。形态学特征。（b） 锰硒的SEM图像。SEM（c）和TEM（d）图像为MnSe@rGO-3。（e， f）rGO涂层的MnSe纳米颗粒的HRTEM图像。（g） 测量的MnSe（2 0 0）和rGO的晶格间距。
图2.结构和化学表征。
图3.电化学性能。
图4. MnSe（a）和MnSe@rGO-3（b）电极在不同扫描速率下的CV测量值。(c) 峰值电流与扫描速率的对数-对数图，用于确定MnO2、MnSe和MnSe@rGO-3电极的阳极和阴极b值。(d) MnSe@rGO-3电极在0.4 mV s-1时的电容贡献。(e) MnO2、MnSe和MnSe@rGO-3电极在扫描速率为0.1、0.2、0.4、0.6和0.8 mV s-1时的电容贡献。(f) 峰值电流与扫描速率平方根的函数关系，用于确定扩散动力学。(g）MnO2、MnSe和MnSe@rGO-3电极的计算扩散系数。(h)石墨烯、缺陷石墨烯、掺Se-6石墨烯和掺Se-5石墨烯不同碳位点（灰色=碳，橙色=硒，蓝色=锌）吸附锌离子的第一性原理模拟结果。(i) 不同模型的状态密度。
图5 (a)原位溶解沉积EHD印刷方法示意图。(b) MnSe@rGO-3油墨的照片。印刷Ag NWs（c）和电镀Zn（d）的光学显微镜图像。(e）柔性电池的SEM-EDS元素图谱（比例尺=300微米）。(f)两个串联相互咬合的ZIB的结构示意图。(g) 柔性ZIB在平坦状态下的GCD曲线。(h) 基于MnSe@rGO-3的ZIB在平坦和不同弯曲状态下的循环性能。柔性ZIB在平坦状态（i）和弯曲状态：弯曲1（j）、弯曲2（k）、弯曲3（l）和弯曲4（m）。
图 6. (a) 柔性 ZIB 集成装置的 EHD 喷射印刷工艺示意图。(b) 未包装ZIB的印刷系统。(c)平面和(d)弯曲状态下的系统。
小结
综上所述，采用水热策略开发了rGO涂层MnSe复合材料，并作为ZIB的正极材料进行了测试。rGO的引入提供了对形态演变的表面限制作用，避免了电极的结构破坏。此外，rGO固有的高电子电导率促进了MnSe相变，释放了其全部容量潜力。并确认了MnSe@rGO正极材料的增强电容式锌离子存储行为和相变机理。同时，rGO的机械稳定性进一步保证了柔性ZIB的EHD喷印成柔性集成功能体系。例如，开发了一种灵活的触摸控制LED阵列系统，该系统结合了基于MnSe@rGO-3的ZIB。该策略展示了在平坦和弯曲状态下的可用能力，以及高安全性和环保性的额外优势。
文献：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c00672
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