我所發表二維材料MXene基金屬離子電池研究進展綜述

  近日,我所二維材料與能源器件研究組(DNL21T3)吳忠帥研究員團隊應邀發表了題為“二維材料MXene基高性能金屬離子電池的研究進展和前景”(Recent Advances and Promise of MXene based Nanostructures for High-Performance Metal Ion Batteries)的綜述文章。

  基于前期研究基礎,該團隊系統地綜述了MXene基納米結構在高性能金屬(鋰、鈉、鉀、鎂、鋅、鈣)離子電池的研究進展和未來的發展方向??偨Y了MXene材料在金屬離子電池中可以扮演活性電極材料、導電載體和集流體三種重要角色,詳細闡述了MXene基不同維數(0維、1維和2維)納米活性電極材料及其三種復合模型,包括負載型、包覆型和三明治型;重點綜述了不同MXene復合材料應用于不同種類金屬離子電池中的優缺點及其構效關系,強調了MXene和活性材料的強耦合復合界面構筑以及協同耦合增強電池性能的內在機制;簡要討論了MXene基納米結構在高性能金屬離子電池應用方面所面臨的挑戰與發展機遇,并提出了一些解決方案和未來的發展方向。

  

  近年來,該研究團隊在二維材料MXene的可控制備、結構設計及其高效電化學儲能器件構筑方面取得了一系列進展:發展了震蕩堿化、氧化-堿化新策略,可控制備出具有優異儲鈉或儲鉀性能的MXene納米帶(Nano Energy, 2017, 40, 1)及其衍生的鈦酸鈉或鈦酸鉀納米帶(ACS Nano, 2017, 11, 4792);以MXene衍生鈦酸鈉為負極,研制出高性能鈉離子微型超級電容器(Adv. Sci., 2019, 6, 1902147)和微型電池(Energy Environ. Sci., 2020, 13, 821);創新構筑了全MXene基一體化硫正極(ACS Nano, 2018, 12, 2381);開發出高容量無枝晶三維MXene/金屬鋰復合負極(ACS Nano, 2019, 13, 14308);以MXene為負極,研制出氫離子“搖椅”式超級電容器(ACS Nano, 2019, 13, 6899);以離子液體預插層MXene薄膜為電極,獲得了高比能微型超級電容器(J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 9478)。

  該綜述發表在《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上。上述工作得到國家自然科學基金項目、國家重點研發計劃項目、遼寧省自然科學基金-材料聯合基金項目、中科院潔凈能源創新研究院合作項目等資助。(文/圖 董琰峰、侯曉城)

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