水系锌离子电池由于Zn负极独特的优势引起了研究者们极大的兴趣。虽然商业化锌箔具有低成本以及可以大规模生长的优势，但是其内在的表面粗糙程度会导致严重的局部电场增强。在放电过程中，Zn2+倾向于在电场增强的情况下产生持续的沉积，进而逐渐演变为Zn枝晶。持续生长的枝晶会导致在刺穿隔膜后导致内部的短路故障。此外，在脱锌的过程中，锌枝晶容易从其内部破裂并转化为“死锌”，导致库伦效率的下降以及严重的容量衰减。采用原位生长的方法在Zn负极上制备高度均匀的人工层是一种值得进一步探究的方式。受此启发，南开大学牛志强教授团队在国际顶级学术期刊 Angewandte Chemie International Edition上发表题目为：Direct Self-Assembly of MXene on Zn Anodes for Dendrite-Free Aqueous Zinc-Ion Batteries的研究论文，提出了一种自发的还原/组装策略，可以将超薄且均匀的MXene层直接组装在Zn负极的表面上，并且可以很好地控制MXene层的厚度。超薄的厚度将有利于电解质离子的快速传输，此外，MXene层可以有效地抑制锌枝晶的形成和负极上的副反应。因此，基于具有MXene层的Zn负极的ZIBs表现出增强的电化学性能。

图1.Zn箔表面堆叠MXene纳米片的合成示意图。
 

图2. MXene包覆的Zn负极的扫描电镜，mapping图像，实物图与XPS光谱。

图3.纯Zn和MZn-x组成的对称式器件的电化学性能。
 

图4. Zn沉积的原位光学可视化图像。

图5. Zn和MZn-60的Zn/MnO2电池的电化学性能比较。
 

总的来说，本文通过在Zn负极上均匀组装MXene层可以通过简易的原位同步还原/组装策略。这种具有MXene层的负极具有一些独特的优势，包括地成核能垒和均匀分布的电场，从而导致均匀的锌沉积。因此，MZn负极表现出了长期循环的稳定性，更低的电压滞后性以及光滑的无枝晶表面，表明其潜力可作为ZIBs的稳定负极。组装的MZn-60/MnO2电池，可以产生杰出的循环稳定性，在500次循环后具有81%的容量保留率。这种MXene改进的Zn负极具有增强的电化学性能和无枝晶的生成的优势，为Zn电池系统的研究提供了新思路。
文献链接：
https://doi.org/10.1002/anie.202012322
文章来源于： MXene Frontier
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