鋰金屬由于其高理論容量和低還原電位被認為是最佳的負極材料之一。然而，其實際應(yīng)用受到鋰金屬枝晶生長不均勻的限制。
北京航空航天大學(xué)宮勇吉、楊樹斌、電子科技大學(xué)張曉琨等采用簡單的冰模板輔助刮刀涂布法合成了垂直排列的Ti3C2Tx MXene納米片陣列（v-Ti3C2Tx）作為支撐電極，來調(diào)節(jié)鋰金屬的成核和引導(dǎo)鋰金屬的沉積。
垂直結(jié)構(gòu)的低曲折度不僅可以有效地均勻鋰離子通量和電場，還可以增加鋰沉積的活性表面積。此外，Ti3C2Tx表面上豐富的含O和F基團可以在活化過程中與 鋰離子反應(yīng)形成均勻的固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）層，有助于降低成核勢壘和電荷轉(zhuǎn)移勢壘。與水平結(jié)構(gòu)相比，具有均勻SEI層的垂直Ti3C2Tx電極可以實現(xiàn)無枝晶鋰沉積，并在鋰沉積/剝離循環(huán)期間保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
圖2 鋰沉積/剝離過程中不同電極的形態(tài)演變
因此，垂直排列的Ti3C2Tx電極在1.0 mAh cm-2的固定面積容量和1.0 mA cm-2的電流密度下實現(xiàn)了超過450次循環(huán)的高庫侖效率（98.8%）。此外，即使在5.0 mA cm-2的超高電流密度和5.0 mAh cm-2的高面積容量下，它也能保持穩(wěn)定的鋰沉積/剝離行為。
當與LiFePO4正極配對時，全電池也表現(xiàn)出卓越的循環(huán)壽命和倍率性能，與水平排列Ti3C2Tx電極120次循環(huán)后的快速容量衰減相比，垂直排列 Ti3C2Tx電極在0.5 C下實現(xiàn)了300次的穩(wěn)定循環(huán)。
Vertically Aligned MXene Nanosheet Arrays for High-Rate Lithium Metal Anodes. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200072
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