近日，大連化物所二維材料與能源器件研究組（DNL21T3）吳忠?guī)浹芯繂T團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)邀發(fā)表了題為“二維材料MXene基高性能金屬離子電池的研究進(jìn)展和前景”（Recent Advances and Promise of MXene based Nanostructures for High-Performance Metal Ion Batteries）的綜述文章。
基于前期研究基礎(chǔ)，該團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地綜述了MXene基納米結(jié)構(gòu)在高性能金屬（鋰、鈉、鉀、鎂、鋅、鈣）離子電池的研究進(jìn)展和未來的發(fā)展方向。總結(jié)了MXene材料在金屬離子電池中可以扮演活性電極材料、導(dǎo)電載體和集流體三種重要角色，詳細(xì)闡述了MXene基不同維數(shù)（0維、1維和2維）納米活性電極材料及其三種復(fù)合模型，包括負(fù)載型、包覆型和三明治型；重點(diǎn)綜述了不同MXene復(fù)合材料應(yīng)用于不同種類金屬離子電池中的優(yōu)缺點(diǎn)及其構(gòu)效關(guān)系，強(qiáng)調(diào)了MXene和活性材料的強(qiáng)耦合復(fù)合界面構(gòu)筑以及協(xié)同耦合增強(qiáng)電池性能的內(nèi)在機(jī)制；簡要討論了MXene基納米結(jié)構(gòu)在高性能金屬離子電池應(yīng)用方面所面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展機(jī)遇，并提出了一些解決方案和未來的發(fā)展方向。
二維材料MXene基金屬離子電池研究進(jìn)展
近年來，該研究團(tuán)隊(duì)在二維材料MXene的可控制備、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其高效電化學(xué)儲(chǔ)能器件構(gòu)筑方面取得了一系列進(jìn)展：發(fā)展了震蕩堿化、氧化-堿化新策略，可控制備出具有優(yōu)異儲(chǔ)鈉或儲(chǔ)鉀性能的MXene納米帶（Nano Energy, 2017, 40, 1）及其衍生的鈦酸鈉或鈦酸鉀納米帶（ACS Nano, 2017, 11, 4792）；以MXene衍生鈦酸鈉為負(fù)極，研制出高性能鈉離子微型超級(jí)電容器（Adv. Sci., 2019, 6, 1902147）和微型電池（Energy Environ. Sci., 2020, 13, 821）；創(chuàng)新構(gòu)筑了全MXene基一體化硫正極（ACS Nano, 2018, 12, 2381）；開發(fā)出高容量無枝晶三維MXene/金屬鋰復(fù)合負(fù)極（ACS Nano, 2019, 13, 14308）；以MXene為負(fù)極，研制出氫離子“搖椅”式超級(jí)電容器（ACS Nano, 2019, 13, 6899）；以離子液體預(yù)插層MXene薄膜為電極，獲得了高比能微型超級(jí)電容器（J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 9478）。
該綜述發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。上述工作得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、遼寧省自然科學(xué)基金-材料聯(lián)合基金項(xiàng)目、中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作項(xiàng)目等資助。（文/圖 董琰峰、侯曉城）
