孙正明&章炜&张腾飞EES：液态金属与MXene结合的一体化自愈合负极！

考虑到高理论容量，合金负极是锂离子电池（LIBs）的理想选择，以满足当今便携式电子设备和电动汽车的严格需求。然而，体积膨胀和不可逆粉碎的固有限制会导致LIBs的容量急剧下降和循环寿命较短。液态金属（LM）具有与生俱来的大容量，并继承了液体的可变形性，可以从根本上避免电化学反应过程中的大体积变化。

东南大学孙正明、章炜、南京航空航天大学张腾飞等报告了一种简便的策略，即将2D Ti₃C₂T_x MXene自组装成3D架构，同时在单个“MXene cell”内原位封装共晶镓铟（EGaIn）。

图1. 材料制备及作用示意

作为一种典型的二维材料，丰富的表面官能团（-F、-O和-OH）使MXene有可能通过配位键与LM发生反应，并在其相互连接的网络中就地限制LM。原位封装技术将LM纳米颗粒均匀地限制在独立的”MXene cell”中，因此在电化学过程中抑制了它们的聚集并缓冲了来自外部的体积变化。此外，即使巨大的体积膨胀导致电池内的LM被破坏，其巨大的表面张力和液体性质也会自我修复以保持结构的完整性。

图2. LM-Ti₃C₂T_x负极的性能

因此，通过协同结合外部的弹性网络（MXene骨架）和内部的自愈能力（LM），所得到的LM-Ti₃C₂T_x负极表现出卓越的容量（在2和5 A g^-1时分别为616和489 mAh g^-1）和出色的循环性能（在5 A g^-1时循环4500次后为409.8 mAh g^-1，具有90.8%的容量保持率），与文献中其他基于LM的负极相比，其倍率性能和循环稳定性最高。

此外，在合金/脱合金过程中，封闭空间内的LM颗粒通过形成独特的铟芯/镓壳结构表现出自愈特性。因此，这项工作显示了解决合金基负极材料固有体积膨胀问题的巨大潜力。

图3. 磷酸铁锂电池性能

An Integrated Self-healing Anode Assembled via Dynamic Encapsulation of Liquid Metal with 3D Ti3C2Tx Network for Enhanced Lithium Storage. Energy & Environmental Science 2022. DOI: 10.1039/d2ee02147a