近日，北京化工大學材料科學與工程學院徐斌教授、朱奇珍副教授團隊在《Advanced Functional Materials》上發表了題為「Cu-modified Ti3C2Cl2 MXene with zincophilic and hydrophobic characteristics as a protective coating for highly stable Zn anode」的研究論文。該論文製備了一種親鋅、疏水的銅修飾Ti3C2Cl2 MXene材料，用作水系鋅離子電池鋅金屬負極的保護塗層，可有效抑制鋅枝晶的生長和界面副反應的發生，顯著提升了鋅負極的穩定性和可逆性。
水系鋅離子電池具有低成本、高安全、高比能的優勢，在大規模儲能領域有著廣闊的應用前景。然而，金屬鋅負極在電池充放電過程中會產生枝晶和析氫、腐蝕等副反應，嚴重危害電池的循環壽命和能量利用率，導致鋅負極的穩定性和耐用性無法滿足實用化需求，已成為制約水系鋅離子電池發展的關鍵技術瓶頸。
針對這一問題，論文採用熔融鹽刻蝕法一步製備了具有高親鋅性和疏水性的銅改性、只含單一氯端基的Ti3C2Cl2 MXene（Cu-MXene）材料。Cu-MXene材料塗覆於鋅負極上作為保護塗層，可以提供大量的親鋅成核位點，而其高導電性可以使界面電荷分布均勻化，阻滯「尖端效應」，有效抑制了鋅枝晶的生長；同時其疏水性有利於阻隔鋅負極與電解液中活性水的接觸，使析氫、腐蝕等界面副反應得到抑制。因此，Cu-MXene塗層修飾的鋅負極表現出超過1000小時的循環壽命，在10 mA cm-2電流密度下極化電位小於120 mV，循環1100次庫侖效率保持在99.6%以上，實現了高穩定、高可逆的鋅沉積/剝離性能。與NaV3O8·1.5H2O正極匹配構築的鋅離子電池在1000次循環中性能穩定。本論文所提出的Cu-MXene塗層還可以擴展到其他水系電池的金屬負極保護。
北京化工大學材料科學與工程學院碩士研究生李延澤為論文第一作者，徐斌教授、朱奇珍副教授為論文的共同通訊作者，北京化工大學為唯一完成單位。
來源：北京化工大學