宫勇吉/杨树斌/张晓琨AEM：MXene纳米片阵列实现高倍率锂金属负极

锂金属由于其高理论容量和低还原电位被认为是最佳的负极材料之一。然而，其实际应用受到锂金属枝晶生长不均匀的限制。

北京航空航天大学宫勇吉、杨树斌、电子科技大学张晓琨等采用简单的冰模板辅助刮刀涂布法合成了垂直排列的Ti₃C₂T_x MXene纳米片阵列（v-Ti₃C₂T_x）作为支撑电极，来调节锂金属的成核和引导锂金属的沉积。

图1 v-Ti₃C₂T_x的合成和表征

垂直结构的低曲折度不仅可以有效地均匀锂离子通量和电场，还可以增加锂沉积的活性表面积。此外，Ti₃C₂T_x表面上丰富的含O和F基团可以在活化过程中与锂离子反应形成均匀的固态电解质界面（SEI）层，有助于降低成核势垒和电荷转移势垒。与水平结构相比，具有均匀SEI层的垂直Ti₃C₂T_x电极可以实现无枝晶锂沉积，并在锂沉积/剥离循环期间保持结构稳定。

图2 锂沉积/剥离过程中不同电极的形态演变

因此，垂直排列的Ti₃C₂T_x电极在1.0 mAh cm^-2的固定面积容量和1.0 mA cm^-2的电流密度下实现了超过450次循环的高库仑效率（98.8%）。此外，即使在5.0 mA cm^-2的超高电流密度和5.0 mAh cm^-2的高面积容量下，它也能保持稳定的锂沉积/剥离行为。

当与LiFePO₄正极配对时，全电池也表现出卓越的循环寿命和倍率性能，与水平排列Ti₃C₂T_x电极120次循环后的快速容量衰减相比，垂直排列 Ti₃C₂T_x电极在0.5 C下实现了300次的稳定循环。

图3 电化学性能

Vertically Aligned MXene Nanosheet Arrays for High-Rate Lithium Metal Anodes. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200072

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宫勇吉/杨树斌/张晓琨AEM：MXene纳米片阵列实现高倍率锂金属负极

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