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支春義/范俊Joule：創紀錄！高達1.55V的放電平臺和146.7 Wh/kg能量密度的水系Mxene電極

二維MXenes被稱為典型的贗電容材料，能夠憑借快速的表面氧化還原存儲各種電荷載流子，提供卓越的倍率性能。然而，由于缺乏高固有電壓平臺導致其放電特性差，這阻礙了其實際發展。

為此，香港城市大學支春義教授、范俊教授等人報道了一種用于高性能水系鋅離子電池的具有明顯放電電壓平臺的Nb₂CT_x MXene正極。作者發現高壓掃描可以觸發Nb₂CT_x MXene正極的法拉第（電池）行為，當電壓終止于2.0 V時，器件表現出典型的電容行為。

在高達2.4 V的掃描中開始出現電池特性，最終實現了1.55 V的明顯電壓平臺。非原位光譜分析和MD模擬表明，通過高壓掃描，鋅離子可以獲得足夠的遷移率以擴散到MXene層之間，從而導致嵌入/提取主導的電池性質。

圖1. Nb₂CT_x MXene的結構及表征

因此，Nb₂CT_x /Zn電池在0.5 A g^-1時的容量提高至145 mAh g^-1（2.0 V掃描時為55 mAh g^-1）。更令人印象深刻的是，能量密度高達146.7 Wh kg^-1（2.0 V掃描時為50.3 mAh g^-1），平臺區貢獻高達63%，優于所有報道的水系MXenes電極。

此外，電池還實現了超過1800次循環的良好長期循環性能而沒有微觀結構崩潰。這項研究使電容式MXene電極具有電池電壓平臺，所開發的策略可以應用于許多其他MXene材料，以實現更高的能量密度和穩定的電壓輸出。

圖2. Nb₂CT_x /Zn電池的電化學性能

Intrinsic voltage plateau of a Nb₂CTx MXene cathode in an aqueous electrolyte induced by high-voltage scanning, Joule 2021. DOI: 10.1016/j.joule.2021.09.006

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