三維（3D）主體可以有效減緩鋅(Zn)金屬陽(yáng)極的枝晶生長(zhǎng)。然而，使用3D襯底會(huì)增加電極/電解質(zhì)反應(yīng)面積，從而加速陽(yáng)極界面的鈍化和腐蝕，導(dǎo)致電化學(xué)性能下降。這里，使用定向冷凍工藝來(lái)制造了柔性MXene/石墨烯支架。如此獨(dú)特的結(jié)構(gòu)有著豐富的親鋅性和微孔，通過(guò)電沉積過(guò)程鋅被致密地封裝在主體內(nèi)。在循環(huán)過(guò)程中，由于MXene中固有的氟終端，復(fù)合陽(yáng)極在電極/電解質(zhì)界面賦予了原位固態(tài)電解質(zhì)界面（氟化鋅），有效抑制了枝晶生長(zhǎng)。此外，通過(guò)原位/非原位測(cè)試，可以知道塊狀 Zn分布在3D主體中這一設(shè)計(jì)，還可以抑制了析氫反應(yīng)(3.8 mmol·h-1cm-2)和鈍化。因此，在對(duì)稱(chēng)電池測(cè)試中，該電極在10mA cm-2電流密度下，其循環(huán)壽命超過(guò)1000小時(shí)。在連續(xù)單折疊和雙折疊之后，基于該復(fù)合陽(yáng)極和LiMn2O4陰極(60%放電深度)的準(zhǔn)固態(tài)可折疊電池，電容量保持率高于91%。這項(xiàng)研究為水性鋅離子電池和可折疊研究提供了一種革命性的封裝理念。
Figure 1. a)制造MGA材料的示意圖。b)超重MGA樣品的光學(xué)圖像。c)MGA樣品的XRD光譜、d)拉曼光譜和e) F 1s XPS光譜。f)SEM圖像。g)側(cè)視SEM圖像和h)相應(yīng)元素分布圖。
Figure 2. a)基于銅箔和MGA電極的非對(duì)稱(chēng)電池的庫(kù)侖效率，以及裸銅b)和MGA c)電極在10mA·cm-2下的電壓曲線。d)長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)性能。e，f）電鍍/剝離100次后的俯視掃描電鏡圖像。g，h）不同溫度下對(duì)稱(chēng)電池的電化學(xué)阻抗譜。
Figure 3．a(chǎn)，b)原位光學(xué)顯微鏡觀察鋅在不同時(shí)間于5mA·cm-2電流密度下，在裸銅a)和Cu@MGA b)電極上的老化和電鍍情況。c，d)原位DEMS圖，第一次循環(huán)期間釋放的H2。e)在鍍鋅和剝離過(guò)程中MGA電極的原位XRD。f，g）第一次循環(huán)后的拉曼光譜。h，i）循環(huán)后電極的光學(xué)表面輪廓圖像。
Figure 4．a(chǎn)，b)掃描電鏡圖像。c)透射電鏡圖像。d)非對(duì)稱(chēng)電池的恒電流電壓曲線。e，f）10次循環(huán)后， F 1s和C 1s XPS分析。g)在塊狀鋅箔和MGA@鋅電極上鍍鋅和循環(huán)的示意圖。
該研究工作由北京理工大學(xué)Renjie Chen課題組于2021年發(fā)表在Adv. Mater.期刊上。原文：Encapsulation of Metallic Zn in a Hybrid MXene/Graphene Aerogel as a Stable Zn Anode for Foldable Zn-Ion Batteries。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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