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支春義ACS Nano: Ti3C2Tx MXene作為晶格匹配電子/離子再分配器用于實(shí)用鋅粉負(fù)極

水系鋅離子電池的復(fù)興引起了人們對(duì)鋅金屬負(fù)極問(wèn)題的強(qiáng)烈關(guān)注，包括枝晶生長(zhǎng)、死鋅、低效率和其他寄生反應(yīng)。然而，相對(duì)于廣泛使用的二維鋅箔，實(shí)際上鋅粉（Zn-p）負(fù)極在工業(yè)應(yīng)用中是鋅基電池更實(shí)用的選擇，但相關(guān)的解決方案卻鮮有研究。

在此，香港城市大學(xué)支春義教授等人專注于鋅粉負(fù)極并揭示了其與鋅箔不同的未知失效機(jī)制。作者利用具有六方密排晶格的二維柔性導(dǎo)電Ti₃C₂T_x MXene薄片作為電子和離子的再分配器，構(gòu)建了穩(wěn)定且高度可逆的Zn-p負(fù)極，實(shí)現(xiàn)了無(wú)枝晶生長(zhǎng)和低極化。

低晶格失配 (~10%) 使沉積Zn的 (0002) 面和Ti₃C₂T_x MXene的 (0002) 面之間形成相干的異質(zhì)界面。這種內(nèi)部橋接的穿梭通道誘導(dǎo)Zn²⁺快速均勻的成核和具有低能壘的持續(xù)可逆剝離/鍍鋅。

圖1. MXene/Zn 異質(zhì)界面和隨后的均勻Zn沉積

因此，Zn-p的氧化還原動(dòng)力學(xué)和耐久性均得到改善，成核過(guò)電位和極化電壓均小于100 mV，CE值均在98%以上，明顯優(yōu)于目前的鋅箔負(fù)極。此外，Zn枝晶生長(zhǎng)也得到有效抑制。

當(dāng)與FeHCF正極配對(duì)時(shí)，F(xiàn)eHCF//MXene@Zn電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，其循環(huán)壽命比FeHCF//Zn-p電池提高了近850%，在1000次循環(huán)中實(shí)現(xiàn)77% 的容量保持率和99% 的CE。這項(xiàng)工作為更具實(shí)用價(jià)值的Zn-P負(fù)極提供了新的見(jiàn)解。

圖2. 基于FeHCF正極的鋅離子全電池的電化學(xué)性能

Toward a Practical Zn Powder Anode: Ti₃C₂T_x MXene as a Lattice-Match Electrons/Ions Redistributor, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c04354

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