香港理工徐宾刚EnSM: 用于无枝晶锌金属电池的稳定分层多功能界面

可充电水系锌离子电池具有安全性高、成本低等优点，被认为是储能系统的有吸引力的候选者。然而，不可控的枝晶生长和副反应带来的危害阻碍了其实际应用。

在此，香港理工大学徐宾刚副教授等人在锌箔上原位构建了由电子导电 N/Se功能化MXene纳米线/纳米片混合框架和离子导电ZnSe纳米颗粒组成的保护性分层异质层，以诱导均匀的Zn沉积并抑制界面副反应。其中，N/Se-MXene@ZnSe@Zn负极的设计具有以下优点：

（1）该异质层是通过在硒化过程中调节退火温度精心设计的，通过简便的真空退火方法在硒化过程中同步实现了N/Se功能化和ZnSe纳米颗粒的形成；

（2）N/Se功能化和皱缩的MXene纳米片/纳米线结构可以提高亲水性且提供足够的电子通道，从而调节均匀的电场分布，并在Zn沉积/剥离过程中适应体积变化；

（3）在350℃下同步形成的ZnSe纳米粒子可以提供足够的亲锌位点，从而实现离子分布均匀、降低过电位、抑制副反应，最终提高可逆性。

图1. N/Se-MXene@ZnSe@Zn电极的制备及表征

因此，N/Se-MXene@ZnSe@Zn-350负极在1 mA cm^-2下20小时循环后呈现均匀且光滑的Zn沉积。基于该负极的对称电池在1 mA cm^-2、1 mAh cm^-2下实现了低电压滞后（35 mV）和稳定的循环性能，寿命为2500小时。即使在10 mA cm^-2、10 mAh cm^-2条件下，该对称电池仍能保持800小时的稳定循环。

此外，基于该负极和柔性独立式 N-MXene@MnO₂正极的Zn||MnO₂ 全电池可显著提高循环稳定性（600次循环后的容量保持率为 88.7%），平均库伦效率为99.1% 并表现出快速的动力学过程（电化学存储主要由电容贡献）。总之，这种表面电化学和工程尝试将为基于MXene的材料设计和无枝晶水系锌电池的发展提供新的启示。

图2. N/Se-MXene@ZnSe@Zn负极的电化学性能

Robust Nitrogen/Selenium Engineered MXene/ZnSe Hierarchical Multifunctional Interfaces for Dendrite-Free Zinc-Metal Batteries, Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.03.045