AFM综述：2D MXene用于稳定无枝晶金属负极

诸如锂，钠，钾，锌，镁，钙，铝和铁等金属负极在过去的几年中得到了广泛的关注，这得益于它们较高的理论比容量，低电化学电势以及卓越的电子导电性。金属负极可以与正极匹配制备高能量密度的可充电金属电池。然而，一些内在的问题如大体积膨胀，不可控生长的枝晶以及不稳定的固态电解质界面等阻碍了可充电金属电池的进一步发展。MXene，作为一种正在兴起的2D材料对于解决这些问题已经展示出了巨大的潜力，这得益于其2D结构，丰富的表面官能团以及组装成大孔结构的能力。截至目前，在MXenes的辅助下，各种各样的策略已经被提出，并用来实现稳定无枝晶的金属负极，如MXene基宿主设计，设计亲金属的MXene基基底，用MXene改进金属表面，设计MXene阵列以及用MXene修饰隔膜或电解液等等。近日，山东大学冯金奎教授在国际高水平学术期刊Advanced Functional Materials上发表题目为：Recent Advances of Emerging 2D MXene for Stable and Dendrite-Free Metal Anodes的综述文章，总结了MXene材料在稳定无枝晶金属负极应用的研究进展，并对未来的研究方向进行了展望。

图1. MXene在稳定和无枝晶金属负极的应用。

图2. Ti₃C₂-Li复合负极的合成过程以及相应表征。

图3. Li-Ti₃C₂T_x-rGO复合负极的合成过程以及相应表征。

图4. MG-Li复合负极的合成过程以及相应表征。

图5. Li-rGO/Ti₃C₂T_x复合负极的合成过程以及相应表征。

图6. 在铜箔上的Zn-MXene和Li成核和生长行为的示意图与相关表征。

图7. 柔性2DSi@MXene膜的合成过程与相关表征。

图8. PA-MXene-Cu的合成过程与相应表征。

图9. 具有代表性的MXene基超级电容器器件。N-Ti₃C₂/C@PP隔膜的合成过程与表征。

图10. MCPEs的合成过程与表征。

图11. 柔性自支撑Ti₃C₂T_x MXene@Zn纸复合负极的合成过程与表征。

图12. MXene在金属负极方面在未来的研究方向。

总的来说，本文总结了2D MXene用于稳定无枝晶金属负极的研究进展。MXene材料在金属负极中的应用在逐年增加，作为一种新型的多功能2D材料，可以很好地解决金属负极的本质问题。然而， MXene在金属负极的研究与应用仍属于起始阶段，在未来还有很多工作值得研究。i）增加MXenes用于金属负极时合成方法的多样性；ii）设计更多用于金属负极的MXene基宿主结构；iii）改进MXene与液态电解质；iv）在更多金属负极中探索MXene的应用；v) 设计多样的柔性MXene/金属复合负极；vi）评估实际应用能力；vii）循环再生技术；viii）与先进的技术相结合。

文献链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202004613

信息来源：MXene Frontie