张培新/马定涛AFM：MXene键合传输网络助力稳定的固态锌金属电池！

缓慢的传输动力学和不稳定的电极-电解质界面是严重影响固态锌金属电池电化学性能的主要障碍。

深圳大学张培新、马定涛等以具有代表性的Ti₃C₂T_x MXene为例，提出了用于锌金属电池的多功能MXene键合传输网络嵌入聚（偏二氟乙烯共六氟丙烯）Zn(OTf)₂固态聚合物电解质(PH/MXene SPE)的设计理念。

图1. MXene键合传输网络嵌入固体聚合物电解质的示意图及材料表征

一方面，DFT计算和实验证实，二维MXene纳米填料的引入可以提高PH/MXene SPE的热扩散效率和锌离子迁移数，同时降低离子迁移势垒。除此之外，由于MXene和PH聚合物链之间形成氢键网络，外电场激发的偶极子会通过局部极化电场效应加速锌盐的解离和离子传输。

另一方面，结合模拟、形态评价、界面成分和界面传输动力学的研究，作者证明了MXene纳米填料还可以降低离子浓度极化，使电极-电解质界面的离子传输均匀化，这有利于原位构建稳定的有机/无机杂化界面以实现均匀的锌沉积。

图2. PH/MXene SPE的离子传输性能研究

因此，采用这种设计的SPE的组装电池可以实现超稳定的Zn沉积/剥离行为，循环寿命在0.1 mA cm^-2下达到2500小时，在0.5 mA cm^-2下达到1500小时。此外，还实现了具有显著提高倍率性能和循环稳定性的固态Zn/VO₂电池。总之，这项工作为SPE设计开辟了一条新的“一体化”途径，也加深了对高性能固态锌金属电池的理解。

图3. 全电池性能

Multifunctional MXene-Bonded Transport Network Embedded in Polymer Electrolyte Enables High-Rate and Stable Solid-State Zinc Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202207909

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