山大冯金奎Mater. Today综述：用于可充电电池中先进隔膜的Mxenes

隔膜作为储能器件不可缺少的组成部分，对电化学性能起着关键作用。因此，隔膜工程是构建更好的能量存储和转换系统的有前途方法。MXenes是一类新型的二维过渡金属氮化物、碳化物和碳氮化物，由于其独特的特性如高导电性、大表面积、可控亲水性、丰富的表面化学性质和优越的机械性能而在隔膜工程中崭露头角。然而，关于该主题的全面综述很少见。

在此，山东大学冯金奎教授等人综述了用于可充电电池隔膜中的MXenes的最新进展。首先，作者总结了MXenes的基本原理，包括组成、合成技术和官能化。MXenes的合成方法一般可分为两种：一种是含氟酸刻蚀法，另一种是无氟刻蚀法。随后，作者介绍了隔膜设计及其优化的基本信息。进一步，作者总结了 MXenes在隔膜工程中的应用及其在可充电电池中的应用。

其中，MXenes的高电导率有利于促进离子传输，获得优异的倍率性能；丰富的表面基团提供更多的电镀位点并降低初始成核势垒，进一步诱导平面沉积；柔性结构和优越的机械性能可保持结构的完整性，提高电池能量密度并促进离子传输；优异的亲水性有利于提高水系电解液和隔膜之间的润湿性，进一步均匀沉积。此外，由于Ti原子与多硫化物中间体之间的强相互作用，可有效抑制锂硫电池穿梭效应等。

图1. MXene的合成技术和优势

最后，作者提出了在可充电电池中进一步开发基于MXenes的隔膜的前景和挑战：（1）开发更多种类的MXene，不同的MXene可能会带来不同的效果；

（2）探索MXene的绿色合成方法，这对于MXene的规模化生产具有重要意义；

（3）探测 MXene的表面化学，仍需更多研究来设计更简单的技术以制备具有受控末端的MXene；

（4）提高MXene的稳定性，迫切需要设计在各种条件下稳定MXene的有效方法；

（5）构建MXene的杂原子掺杂，这是改善性能的有效途径；

（6）利用混合MXene，可阻止MXene重新堆叠并增强其性能；

（7）隔膜多功能涂层的设计；

（8）探索隔膜与电池性能之间的关系；

（9）开发新型中间层；

（10）开展隔膜的平衡特性研究；

（11）评估实际应用潜力；

（12）扩展应用范围；

（13）与AI等先进技术相结合。

图2. 隔膜中MXene的未来发展方向示意图

MXenes for advanced separator in rechargeable batteries, Materials Today 2022. DOI: 10.1016/j.mattod.2022.06.006

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