孙靖宇/杨先中/薛载坤AFM: 用于稳定锌负极的MXene修饰的Janus隔膜

隔膜改性最近已成为一种有效的策略，可以实现无枝晶的锌金属负极。尽管如此，目前探索的途径仍不利于量产，对隔膜调控的本质关注甚少。

为此，苏州大学孙靖宇教授、杨先中及薛载坤等人通过在商用玻璃纤维（GF）的一侧喷涂印刷MXene纳米片而设计了一种可扩展的Ti₃C₂T_x MXene修饰的 Janus隔膜。该策略具有足够的可扩展性和简单性，因此这种喷涂印刷生产路线具有满足实际需求的潜力。由此衍生的MXene-GF隔膜具有丰富的表面极性基团、良好的电解液润湿性和高离子电导率，有利于促进均匀局部电流分布和Zn成核动力学。

值得注意的是，MXene-GF显示出可调节的介电常数（ε），其优化值为53.5。由于ε差异而通过麦克斯韦-瓦格纳效应对GF的极化，可以建立具有50% 增强强度的定向内置电场以加速传质动力学。因此，这使得锌负极的性能稳定，从而提供了均匀的界面离子场。

图1. 基于MXene-GF隔膜的Zn//Zn对称电池性能

因此，基于MXene-GF隔膜的Zn//Zn对称电池在1 mA cm^-2/1 mAh cm^-2（1180小时）和 5 mA cm^-2/1 mAh cm^-2（1200小时）下均可实现超长寿命，而基于裸GF的对称电池仅在63小时后便发生短路。更令人印象深刻的是，组装的对称电池即使在10 mA cm^-2/10 mAh cm^-2下也可循环125小时，这可归因于增强的界面亲锌性和降低的电池阻抗。

为了验证所设计隔膜的实用性，作者组装了包含 KVOH正极、Zn负极和MXene-GF隔膜的水系锌离子全电池，该电池在5.0 A g^-1 下循环1000次后获得77.9% 的高容量保持率，在1.0 A g^-1下循环100次后容量保持率为83.9%。甚至，该电池可在不同的弯曲状态下为电子定时器供电，有望在柔性储能领域实现实际应用。总之，这种具有可扩展性和有效性的策略为高性能金属负极提供了新的见解。

图2. 配备MXene-GF隔膜的全电池的电化学性能

Printing-Scalable Ti₃C₂T_x MXene-Decorated Janus Separator with Expedited Zn²⁺ Flux toward Stabilized Zn Anodes, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202204306

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孙靖宇/杨先中/薛载坤AFM: 用于稳定锌负极的MXene修饰的Janus隔膜

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