文章信息
MXene衍生水合钒酸盐策略实现高倍率长寿命锌离子电池
第一作者：朱啸东
通讯作者：沈剑锋*，叶明新*
单位：复旦大学
研究背景
聚合物固态电解质相比传统的液态电解液具有更好的热稳定性，并且相比陶瓷电解质更易于大规模生产，因此被认为是非常有吸引力的下一代电解质材料。但是，越来越多的研究表明，聚合物固态电解质和其他电池组件（例如电极和电解质填充物）之间的不稳定性会阻碍其实际应用。本篇观点展示了近期研究此类界面问题机理的一些工作，特别是在具有高能量密度的金属锂/4V正极体系中。同时还回顾了近期在降低此类界面不稳定性方面取得的进展，并就如何进一步理解和解决这些问题进行了讨论。本文为未来的研究提供了方向，有助于加速聚合物固态电解质领域的研究及实际应用。
文章简介
在这里，来自复旦大学的叶明新教授和沈剑锋教授，在国际知名期刊EnergyStorageMaterials上发表题为“Ion-intercalationRegulationofMXene-DerivedHydratedVanadatesforHigh-RateandLong-LifeZn-IonBatteries”的研究论文。
这里提出了一种离子插层MXene衍生物的通用策略制备出高倍率正极材料。通过基于碱化V2CTxMXene的易氧化性和亲阳离子性，原位衍生出Mn2+插层的水合钒酸盐（MVO
VC）。MVOVC继承了MXene的固有导电性，这可以促进更快的Zn2+扩散动力学。此外，衍生化策略还扩展到Li+和Al3+插层的水合钒酸盐，它们也表现出优异的电化学性能。成功的拓展表明，这一概念不仅为开发可靠的多价离子电池提供了借鉴，而且还可以推广到制备各种MXene衍生物以获得更广泛的应用。图1MVO
VC的合成和组成本文要点
要点1：
V2CTxMXene被低浓度KOH溶液轻微碱化。碱化处理可以有效地扩大MXene的层间空间，降低其zeta电位，这在后续的合成过程中起着至关重要的作用。随后，利用其氧化性和阳离子亲和力，在一步反应中，碱性V2CTx被氧化并被Mn2+插层形成由MVO纳米带和导电骨架组成的异质结构（MVO
VC）。MVOVC可以继承部分保留的MXene纳米碎片和残余碳的导电框架。此外，Mn2+和H2O的共插层还可以有效减少MVO层之间的静电相互作用。因此具有丰富纳米通道的MVOVC正极材料有望表现出优异的电化学性能，并扩展到其他价态离子插层的研究。要点2：
碱化V2CTx由于K离子的插层和层间空间的扩展，呈现出清晰的手风琴状结构。在随后的Mn2+插层和氧化过程中，碱化V2CTx原位转化为由宽度约为nm的扁平细长纳米带互连的微观结构，并保留导电碳框架。
要点3：
插层Mn2+诱导更多的V4+离子具有更大的离子半径和更多的3d电子，从而扩大了晶格间距，提高了导电性。因此，在高电流密度下，预插层Mn2+和导电骨架的双重效应有助于快速离子扩散，增加倍率和容量，降低极化。值得注意的是MVO
VC的性能远优于其他正极材料，特别是在高功率密度区域，表现了下一代储能的巨大潜力。要点4：
即使在高扫描倍率下，电极的氧化还原反应也可以实现高可逆性。MVO
VC的锌离子扩散系数（D）高于VOH以及所报道的ZIBs正极材料。导电骨架和Mn2+的双重作用有利于锌离子在嵌入/脱出过程中的快速扩散，从而提高Zn2+的D值。结果表明，MVOVC电极具有良好的Zn2+动力学过程，提高了倍率性能。此外，放电和充电之间D的微小差异表明Zn2+的嵌入/脱出过程具有良好的可逆性。要点5：
为了探索这种衍生化策略更广泛的应用，我们研究了Li+/Al3+插层水合钒酸盐，这是由碱化V2CTx衍生的其他优秀正极材料。在此基础上，我们得出结论，通过合理设计氧化（硫化/氮化）处理和同时对各类MXene的离子插层的概念可以很容易地扩展到不同的体系和应用。
通讯作者简介
叶明新教授
复旦大学专用材料与装备技术研究院教授。通讯作者在同行评议期刊上发表论文余篇，被引余次。目前的研究重点是增强复合材料和用于能量存储与转换的先进材料。
沈剑锋教授
复旦大学专用材料与装备技术研究院教授。通讯作者在同行评议期刊上发表论文余篇，被引近次。目前的研究重点是二维材料基能量存储与转换材料。
第一作者介绍
朱啸东博士
现复旦大学材料科学系在读博士研究生，师从叶明新教授。主要研究方向为新型MXene的合成及其在水系锌离子电池的应用与设计。NanoEnergy期刊审稿人。以第一作者在EnergyStorageMaterials、ACSNano等期刊发表8篇SCI论文。本信息源自互联网仅供学术交流，如有侵权请联系我们立即删除。
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