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梅長彤等Adv. Sci.：納米纖維協(xié)同MXene實現(xiàn)長壽命鋅金屬電池！

不可控的鋅枝晶生長和寄生反應(yīng)大大阻礙了高能量和長壽命的可充鋅離子電池的發(fā)展。

南京林業(yè)大學(xué)梅長彤、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Kangning Zhao、路易斯安那州立大學(xué)Xiaoman Zhang等提出了一種新型的含有木質(zhì)素的纖維素納米纖維（LCNF）-MXene（LM）雙功能保護層，作為穩(wěn)定鋅金屬負極的理想界面層。

圖1. LM薄膜脫溶劑化的理論模擬

研究顯示，一方面，LCNF在相對較低的孔隙率（52.2%）下提供了足夠的強度（43.7兆帕），使擴散有限的枝晶得到抑制，而另一方面，MXene作為鋅的門控層，促進了鋅離子的移動，限制了活性水/離子在電極/電解質(zhì)界面的降解，并沿（002）平面外延引導(dǎo)鋅的沉積。

圖2. 鋅對稱電池和鋅//銅不對稱電池的電化學(xué)性能

因此，受益于擴散限制的枝晶抑制和鋅柵的協(xié)同效應(yīng)，與裸鋅對稱電池（219 h，194 mV）相比，具有LM層的鋅對稱電池具有788小時更長的循環(huán)壽命和35 mV的較低極化電壓。

此外，Zn|LM//Cu非對稱電池在1 mA cm^-2下的200次循環(huán)中提供了98.9%的高CE和43.1 mV的低過電位。并且， Zn|LM//MnO₂全電池在1 A g^-1下實現(xiàn)175.4 mAh g^-1的更高容量和超過1000次的長循環(huán)壽命。這項工作為設(shè)計長循環(huán)壽命電池的無枝晶鋅負極提供了新的見解。

圖3. 全電池的電化學(xué)性能

Synergic Effect of Dendrite-Free and Zinc Gating in Lignin-Containing Cellulose Nanofibers-MXene Layer Enabling Long-Cycle-Life Zinc Metal Batteries. Advanced Science 2022. DOI：10.1002/advs.202202380

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