支春义ACS Nano: Ti3C2Tx MXene作为晶格匹配电子/离子再分配器用于实用锌粉负极

水系锌离子电池的复兴引起了人们对锌金属负极问题的强烈关注，包括枝晶生长、死锌、低效率和其他寄生反应。然而，相对于广泛使用的二维锌箔，实际上锌粉（Zn-p）负极在工业应用中是锌基电池更实用的选择，但相关的解决方案却鲜有研究。

在此，香港城市大学支春义教授等人专注于锌粉负极并揭示了其与锌箔不同的未知失效机制。作者利用具有六方密排晶格的二维柔性导电Ti₃C₂T_x MXene薄片作为电子和离子的再分配器，构建了稳定且高度可逆的Zn-p负极，实现了无枝晶生长和低极化。

低晶格失配 (~10%) 使沉积Zn的 (0002) 面和Ti₃C₂T_x MXene的 (0002) 面之间形成相干的异质界面。这种内部桥接的穿梭通道诱导Zn²⁺快速均匀的成核和具有低能垒的持续可逆剥离/镀锌。

图1. MXene/Zn 异质界面和随后的均匀Zn沉积

因此，Zn-p的氧化还原动力学和耐久性均得到改善，成核过电位和极化电压均小于100 mV，CE值均在98%以上，明显优于目前的锌箔负极。此外，Zn枝晶生长也得到有效抑制。

当与FeHCF正极配对时，FeHCF//MXene@Zn电池表现出优异的电化学性能，其循环寿命比FeHCF//Zn-p电池提高了近850%，在1000次循环中实现77% 的容量保持率和99% 的CE。这项工作为更具实用价值的Zn-P负极提供了新的见解。

图2. 基于FeHCF正极的锌离子全电池的电化学性能

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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