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支春義ACS Nano: Ti3C2Tx MXene作為晶格匹配電子/離子再分配器用于實用鋅粉負極

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支春義ACS Nano: Ti3C2Tx MXene作為晶格匹配電子/離子再分配器用于實用鋅粉負極
水系鋅離子電池的復興引起了人們對鋅金屬負極問題的強烈關注，包括枝晶生長、死鋅、低效率和其他寄生反應。然而，相對于廣泛使用的二維鋅箔，實際上鋅粉（Zn-p）負極在工業應用中是鋅基電池更實用的選擇，但相關的解決方案卻鮮有研究。
支春義ACS Nano: Ti3C2Tx MXene作為晶格匹配電子/離子再分配器用于實用鋅粉負極
在此，香港城市大學支春義教授等人專注于鋅粉負極并揭示了其與鋅箔不同的未知失效機制。作者利用具有六方密排晶格的二維柔性導電Ti3C2Tx MXene薄片作為電子和離子的再分配器，構建了穩定且高度可逆的Zn-p負極，實現了無枝晶生長和低極化。
低晶格失配 (~10%) 使沉積Zn的 (0002) 面和Ti3C2Tx MXene的 (0002) 面之間形成相干的異質界面。這種內部橋接的穿梭通道誘導Zn2+ 快速均勻的成核和具有低能壘的持續可逆剝離/鍍鋅。
支春義ACS Nano: Ti3C2Tx MXene作為晶格匹配電子/離子再分配器用于實用鋅粉負極
圖1. MXene/Zn 異質界面和隨后的均勻Zn沉積
因此，Zn-p的氧化還原動力學和耐久性均得到改善，成核過電位和極化電壓均小于100 mV，CE值均在98%以上，明顯優于目前的鋅箔負極。此外，Zn枝晶生長也得到有效抑制。
當與FeHCF正極配對時，FeHCF//MXene@Zn電池表現出優異的電化學性能，其循環壽命比FeHCF//Zn-p電池提高了近850%，在1000次循環中實現77% 的容量保持率和99% 的CE。這項工作為更具實用價值的Zn-P負極提供了新的見解。
支春義ACS Nano: Ti3C2Tx MXene作為晶格匹配電子/離子再分配器用于實用鋅粉負極
圖2. 基于FeHCF正極的鋅離子全電池的電化學性能
Toward a Practical Zn Powder Anode: Ti3C2Tx MXene as a Lattice-Match Electrons/Ions Redistributor, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c04354

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