MXene最新Nature：200μm厚还能循环2万次，电极变厚也有高电容

研究亮点：

1.发展了一种易于规模化制备的MXene垂直取向自组装方法

2.基于MXene实现了电极厚度与电容的兼得。

规模化和可持续化制备更厚的电极薄膜，以实现更高的能量密度和功率密度，是大规模电化学储能领域的发展趋势。二维纳米材料由于其独特的结构特征和电学性能，而成为所有电极材料中最有可能实现这一目标的最具前景的材料之一。

长期以来，电极制备领域存在厚度与电容不可兼得的矛盾。这主要是因为，传统的电极制备方法往往导致二维纳米材料的重新堆叠，使得在较厚电极中离子传递速率受到严重限制。

有鉴于此，美国宾州大学Shu Yang课题组和德雷塞尔大学Yury Gogotsi课题组合作报道了一种垂直排列的液晶MXene膜，实现了在电极200μm的厚度下也可以具有较高的电学性能。

图1. 两种Ti₃C₂T_x膜中的离子传递

研究人员以经典的二维材料Ti₃C₂T_x为基础，通过对盘状液晶Ti₃C₂T_x进行机械剪切，得到了垂直的取向排列。由于这种独特的垂直结构，使得离子传递速度不受膜厚度的影响，在200μm范围内都可以快速传递，因而这种电极膜表现出和厚度无关的电学性质。即便厚度达到200μm的情况下，电极循环2次也几乎不见性能衰减。

图2. 两种Ti₃C₂T_x膜的电化学性能对比

总之，这项研究开发了一种易于规模化制备的垂直取向自组装方法，利用MXene实现了电极在200μm厚度情况下也能保持高电容和长期循环寿命。

参考文献：