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盡管鋅金屬負極對于水系鋅離子電池具有高比容量、高安全性、低成本等固有優勢，但臭名昭著的枝晶生長問題阻礙了其實際應用。

在此，北京航空航天大學楊樹斌教授等人開發了一種通過在鋅箔上噴涂MXene基聚吡咯（MXene-mPPy）層的電荷富集策略，用于實現無枝晶的Zn金屬負極（MXene-mPPy/Zn）。其中，MXene-mPPy層是通過在表面活性劑 F127 的幫助下在MXene兩側可控聚合吡咯來制備的。

得益于Ti₃C₂T_x上豐富的親水官能團和F127中暴露的親水性聚環氧乙烷，F127分子可以通過氫鍵容易地吸附在Ti₃C₂T_x層的兩側。采用簡單的噴涂技術，可在鋅箔表面形成均勻的MXene-mPPy薄膜層。研究表明，MXene-mPPy層不僅有利于積累電荷濃度，而且有利于均勻電場和離子通量的分散并將其用作Zn負極上的人工界面。

圖1. MXene-mPPy/Zn對稱電池的電化學性能

電化學測試表明，MXene-mPPy/Zn對稱電池在0.2 mA cm^-2的電流密度和0.2 mAh cm^-2的面積容量下可提供超過2500小時的超長壽命，最低電壓滯后為 22 mV。其中，大大降低的電壓滯后和延長的使用壽命可歸因于MXene-mPPy層誘導的成核勢壘降低和鋅的加速電鍍動力學。

此外，該對稱電池還具有優異的倍率性能以及負極循環后的無枝晶形態。當MXene-mPPy/Zn進一步當與MnO₂正極組裝為全電池時，在10 A g^-1下可實現高達3000次循環的穩定循環性能，每個循環的容量衰減率僅為 0.01%。作者相信，本研究提出的電荷富集策略可以進一步擴展到其他無枝晶金屬負極的制備。

圖2. MnO₂ //MXene-mPPy/Zn全電池的電化學性能

Charge-Enriched Strategy Based on MXene-Based Polypyrrole Layers Toward Dendrite-Free Zinc Metal Anodes, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202103979

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北航楊樹斌AEM: 基于MXene-聚吡咯層的電荷富集策略實現無枝晶鋅負極

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