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緩慢的傳輸動力學和不穩定的電極-電解質界面是嚴重影響固態鋅金屬電池電化學性能的主要障礙。

深圳大學張培新、馬定濤等以具有代表性的Ti₃C₂T_x MXene為例，提出了用于鋅金屬電池的多功能MXene鍵合傳輸網絡嵌入聚（偏二氟乙烯共六氟丙烯）Zn(OTf)₂固態聚合物電解質(PH/MXene SPE)的設計理念。

圖1. MXene鍵合傳輸網絡嵌入固體聚合物電解質的示意圖及材料表征

一方面，DFT計算和實驗證實，二維MXene納米填料的引入可以提高PH/MXene SPE的熱擴散效率和鋅離子遷移數，同時降低離子遷移勢壘。除此之外，由于MXene和PH聚合物鏈之間形成氫鍵網絡，外電場激發的偶極子會通過局部極化電場效應加速鋅鹽的解離和離子傳輸。

另一方面，結合模擬、形態評價、界面成分和界面傳輸動力學的研究，作者證明了MXene納米填料還可以降低離子濃度極化，使電極-電解質界面的離子傳輸均勻化，這有利于原位構建穩定的有機/無機雜化界面以實現均勻的鋅沉積。

圖2. PH/MXene SPE的離子傳輸性能研究

因此，采用這種設計的SPE的組裝電池可以實現超穩定的Zn沉積/剝離行為，循環壽命在0.1 mA cm^-2下達到2500小時，在0.5 mA cm^-2下達到1500小時。此外，還實現了具有顯著提高倍率性能和循環穩定性的固態Zn/VO₂電池?？傊@項工作為SPE設計開辟了一條新的“一體化”途徑，也加深了對高性能固態鋅金屬電池的理解。

圖3. 全電池性能

Multifunctional MXene-Bonded Transport Network Embedded in Polymer Electrolyte Enables High-Rate and Stable Solid-State Zinc Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202207909

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?張培新/馬定濤AFM：MXene鍵合傳輸網絡助力穩定的固態鋅金屬電池！

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