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鋰金屬負極的廣泛應用對于重振高能量密度鋰金屬電池（LMBs）是必不可少的。然而，鋰負極緩慢的離子擴散和高電荷轉(zhuǎn)移電阻阻礙了其倍率性能和實際應用。具有有序或垂直排列結(jié)構(gòu)的3D主體對于加速離子擴散和降低界面阻抗，同時大大提高鋰金屬負極的倍率性能和實用性十分關(guān)鍵。

在此，北京航空航天大學楊樹斌教授等人通過強表面張力和重力將手風琴狀 TiNbC-MXene水分散體超快速鋪展到疏水二氯甲烷表面上，開發(fā)了一種不含鋰枝晶的低彎曲MXene陣列負極主體。SEM表征及DFT計算表明，MXene陣列的低彎曲度使電解液能夠以零接觸角快速浸入，從而使鋰離子在基底中分布均勻。而陣列中的Nb物質(zhì)可使電子快速穿過基底，賦予TiNbC-MXene手風琴陣列負極在高電流密度下工作。

原位光學顯微鏡顯示，在TiNbC-MXene手風琴陣列內(nèi)部觀察到明亮且分布均勻的鍍鋰，表面沒有明顯的突起。甚至，在高倍率下TiNbC-MXene手風琴陣列仍保持平坦表面且無任何鋰枝晶，這可歸因于陣列均勻分布的親鋰F官能團可誘導鋰的均勻成核和生長。

圖1. TiNbC-MXene手風琴陣列上的鋰電鍍行為演變

因此，基于TiNbC-MXene手風琴陣列的Li對稱電池表現(xiàn)出出色的深度剝離/電鍍行為，在1 mA cm^-2的電流密度、20 mAh cm^-2的高面容量下可穩(wěn)定運行超過800小時。有趣的是，即使在20 mA cm^-2的高電流密度下運行，TiNbC-MXene手風琴陣列-Li負極也可保持穩(wěn)定的過電勢（103 mV）和長期循環(huán)穩(wěn)定性（2500次循環(huán)）。

此外，構(gòu)建的TiNbC-MXene手風琴陣列-Li//LFP全電池表現(xiàn)出高放電容量（152 mAh g^-1@0.2 C）及優(yōu)異的倍率性能（130 mAh g^-1@4 C），優(yōu)于具有Cu-Li（97 mAh g^-1@4 C）和Ti₃C₂-MXene手風琴陣列（114 mAh g^-1@4 C）的電池。即使在4 C的高倍率、低負/正容量比（2.0）條件下，該全電池在1000次循環(huán)內(nèi)也具有高CE（99%）和容量保持率（≈86%）。總之，這項研究為無枝晶的鋰金屬負極主體在大功率LMB中的實際應用奠定了基礎(chǔ)。

圖2. 基于TiNbC-MXene手風琴陣列的全電池性能

Low-Tortuous MXene (TiNbC) Accordion Arrays Enabled Fast Ion Diffusion and Charge Transfer in Dendrite-Free Lithium Metal Anodes, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202201189

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