AEM综述：MXenes用于储能

【研究背景】                           

2019年诺贝尔化学奖颁给了锂离子电池是对可穿戴储能器件的重要性的一种肯定，将会进一步促进新能源储存领域的合作与创新。非锂离子可充电储能技术因其较低的成本以及高的能量密度吸引了广泛的关注。最近，2D材料得益于其独特的物理和化学性质得到了深入的研究， 具有良好电化学性能的MXenes就是其典型代表之一，在近些年在储能领域十分受欢迎。扩大层间距与表面官能团的调控是一项非常有价值的设计新结构的策略。近日，西南大学Maowen Xu教授在国际著名学术期刊Advanced Energy Materials上发表题目： MXenes for Non-Lithium-Ion (Na, K, Ca, Mg, and Al) Batteries and Supercapacitors综述文章，系统地总结了MXene在非锂离子储能技术中的合成，结构，性能以及应用，并对未来的发展方向做出展望。

【图文导读】

图1. 元素周期表以及与MAX相相关的元素；出版文章变化趋势。

图2. 通过不同刻蚀方法对MAX进行刻蚀而得到的MXene材料以及相应的物理表征。

图3. 不同温度下的无氟碱刻蚀的刻蚀过程示意图。

图4. 自支撑MXene Ti₃C₂T_x与Ti₃C₂T_x@PVA复合物的物理性质。

图5. V₂CT_x层间距离变化示意图。

图6. Na离子插层Ti₃C₂T_x的理想模型以及相应的物理表征。

图7. PDDA-BP/Ti₃C₂复合材料的·合成过程以及电化学性能测试。

图8.PDDA-NPCN/Ti₃C₂复合材料的合成以及相应的物理表征与电化学性能测试。

图9. K-V₂C的合成过程，物理表征以及电化学测试结果。

图10. TMAOH插层扩大V₂CT_xMXene层间距应用于铝离子电池：物理表征以及电化学性能测试。

图11. MXene基非对称超级电容器的组装及其微观形貌表征与电化学性能测试。

【总结与展望】

      MXene在储能领域已经成为了炙手可热的新材料，为了进一步促进MXene的快速发展，研究者们需要从以下几个方面加强研究：

i) 找出MAX相材料与MXene材料大规模制备的限制因素与短板，降低合成成本，探寻影响合成过程的关键因素，探索新颖的环境友好的刻蚀方法。

ii）探索MXene纳米片与不同溶剂之间的反应机制，提高MXene分散液在水和有机溶剂中的稳定性，如添加抗氧化剂等策略。

iii）研究MXene表面化学对性能的影响。

iv）深化理论模拟的计算能力，通过理论模拟来设计更多潜在的MAX和MXene相材料。

v) MXene基的固态二次电池的研发与应用。

vi）通过合理的结构设计，充分利用MXene的结构优势，提高其体积容量

vii）研发柔性透明的MXene膜用于未来可穿戴电子器件。

viii）MXene基混合型超级电容器，兼备高功率密度和能量密度，具有较高的实用价值。

文献链接：

DOI:10.1002/aenm.202000681

信息来源：MXene Frontie