北航杨树斌AEM: 基于MXene-聚吡咯层的电荷富集策略实现无枝晶锌负极

尽管锌金属负极对于水系锌离子电池具有高比容量、高安全性、低成本等固有优势，但臭名昭著的枝晶生长问题阻碍了其实际应用。

在此，北京航空航天大学杨树斌教授等人开发了一种通过在锌箔上喷涂MXene基聚吡咯（MXene-mPPy）层的电荷富集策略，用于实现无枝晶的Zn金属负极（MXene-mPPy/Zn）。其中，MXene-mPPy层是通过在表面活性剂 F127 的帮助下在MXene两侧可控聚合吡咯来制备的。

得益于Ti₃C₂T_x上丰富的亲水官能团和F127中暴露的亲水性聚环氧乙烷，F127分子可以通过氢键容易地吸附在Ti₃C₂T_x层的两侧。采用简单的喷涂技术，可在锌箔表面形成均匀的MXene-mPPy薄膜层。研究表明，MXene-mPPy层不仅有利于积累电荷浓度，而且有利于均匀电场和离子通量的分散并将其用作Zn负极上的人工界面。

图1. MXene-mPPy/Zn对称电池的电化学性能

电化学测试表明，MXene-mPPy/Zn对称电池在0.2 mA cm^-2的电流密度和0.2 mAh cm^-2的面积容量下可提供超过2500小时的超长寿命，最低电压滞后为 22 mV。其中，大大降低的电压滞后和延长的使用寿命可归因于MXene-mPPy层诱导的成核势垒降低和锌的加速电镀动力学。

此外，该对称电池还具有优异的倍率性能以及负极循环后的无枝晶形态。当MXene-mPPy/Zn进一步当与MnO₂正极组装为全电池时，在10 A g^-1下可实现高达3000次循环的稳定循环性能，每个循环的容量衰减率仅为 0.01%。作者相信，本研究提出的电荷富集策略可以进一步扩展到其他无枝晶金属负极的制备。

图2. MnO₂ //MXene-mPPy/Zn全电池的电化学性能

Charge-Enriched Strategy Based on MXene-Based Polypyrrole Layers Toward Dendrite-Free Zinc Metal Anodes, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202103979

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