支春义/范俊Joule：创纪录！高达1.55V的放电平台和146.7 Wh/kg能量密度的水系Mxene电极

二维MXenes被称为典型的赝电容材料，能够凭借快速的表面氧化还原存储各种电荷载流子，提供卓越的倍率性能。然而，由于缺乏高固有电压平台导致其放电特性差，这阻碍了其实际发展。

为此，香港城市大学支春义教授、范俊教授等人报道了一种用于高性能水系锌离子电池的具有明显放电电压平台的Nb₂CT_x MXene正极。作者发现高压扫描可以触发Nb₂CT_x MXene正极的法拉第（电池）行为，当电压终止于2.0 V时，器件表现出典型的电容行为。

在高达2.4 V的扫描中开始出现电池特性，最终实现了1.55 V的明显电压平台。非原位光谱分析和MD模拟表明，通过高压扫描，锌离子可以获得足够的迁移率以扩散到MXene层之间，从而导致嵌入/提取主导的电池性质。

图1. Nb₂CT_x MXene的结构及表征

因此，Nb₂CT_x /Zn电池在0.5 A g^-1时的容量提高至145 mAh g^-1（2.0 V扫描时为55 mAh g^-1）。更令人印象深刻的是，能量密度高达146.7 Wh kg^-1（2.0 V扫描时为50.3 mAh g^-1），平台区贡献高达63%，优于所有报道的水系MXenes电极。

此外，电池还实现了超过1800次循环的良好长期循环性能而没有微观结构崩溃。这项研究使电容式MXene电极具有电池电压平台，所开发的策略可以应用于许多其他MXene材料，以实现更高的能量密度和稳定的电压输出。

图2. Nb₂CT_x /Zn电池的电化学性能

Intrinsic voltage plateau of a Nb₂CTx MXene cathode in an aqueous electrolyte induced by high-voltage scanning, Joule 2021. DOI: 10.1016/j.joule.2021.09.006

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