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開發無鋅金屬負極材料將是解決嚴重阻礙鋅離子電池（ZIBs）發展的鋅金屬枝晶問題的有效策略。然而，對無鋅金屬負極材料的研究仍處于起步階段，更重要的是低能量密度嚴重限制了其實際應用。

哈爾濱工業大學袁國輝教授提出并研究了一種新型 (NH₄)₂V₁₀O₂₅·8H₂O@Ti₃C₂T_x (NHVO@ Ti₃C₂T_x) 薄膜負極，用于構建“搖椅式”ZIBs。

首次將NHVO納米帶和Ti₃C₂T_x-MXene納米片以雜化薄膜的形式交替組裝，作為一種新型的柔性鋅負極材料，用于“搖椅”ZIBs。NHVO納米帶具有超薄的特性(≈14nm）作為快速離子傳輸的納米片中間層，有利于有效接觸Ti₃C₂T_x襯底和防止Ti₃C₂T_x聚集。同時，Ti₃C₂T_x納米片可以作為NHVO納米帶的導電柔性襯底，更重要的是可以穩定納米帶在充放電過程中的結構變化。相對較低的工作電位（≈0.59 V vs Zn²⁺/Zn）、0.1 A g^-1時514.7 mAh g^-1的高比容量和非凡的循環耐久性（5.0 A g^-1下循環6000次后保留初始值的84.2%）使NHVO@Ti₃C₂T_x 成為“搖椅式”ZIB 的替代負極。

通過恒電流間歇滴定技術（GITT）、XPS、XRD等一系列技術系統地研究了包括機理和動力學在內的插層行為，表明Zn²⁺在混合電極中的可逆插入/脫嵌。作為概念驗證應用，由NHVO@Ti₃C₂T_x薄膜負極和ZnMn₂O₄正極配對組成的“搖椅式”ZIB全電池提供高達131.7 mAh g-1（含正負極）和 97.1 Wh kg^-1的能量密度。此外，在 2.0 A g^-1下循環6000次后可實現92.1%的容量保持率。

圖1 制備及表征

圖2 電化學反應機理研究

Tailoring Ultrahigh Energy Density and Stable Dendrite-Free Flexible Anode with Ti3C2Tx MXene Nanosheets and Hydrated Ammonium Vanadate Nanobelts for Aqueous Rocking-Chair Zinc Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202103210

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AFM：基于Ti3C2Tx-MXene納米片和水合釩酸銨納米帶的無鋅負極

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