三維（3D）主體可以有效減緩鋅(Zn)金屬陽極的枝晶生長。然而，使用3D襯底會增加電極/電解質(zhì)反應(yīng)面積，從而加速陽極界面的鈍化和腐蝕，導(dǎo)致電化學(xué)性能下降。這里，使用定向冷凍工藝來制造了柔性MXene/石墨烯支架。如此獨特的結(jié)構(gòu)有著豐富的親鋅性和微孔，通過電沉積過程鋅被致密地封裝在主體內(nèi)。在循環(huán)過程中，由于MXene中固有的氟終端，復(fù)合陽極在電極/電解質(zhì)界面賦予了原位固態(tài)電解質(zhì)界面（氟化鋅），有效抑制了枝晶生長。此外，通過原位/非原位測試，可以知道塊狀 Zn分布在3D主體中這一設(shè)計，還可以抑制了析氫反應(yīng)(3.8 mmol·h-1cm-2)和鈍化。因此，在對稱電池測試中，該電極在10mA cm-2電流密度下，其循環(huán)壽命超過1000小時。在連續(xù)單折疊和雙折疊之后，基于該復(fù)合陽極和LiMn2O4陰極(60%放電深度)的準(zhǔn)固態(tài)可折疊電池，電容量保持率高于91%。這項研究為水性鋅離子電池和可折疊研究提供了一種革命性的封裝理念。
Figure 1. a)制造MGA材料的示意圖。b)超重MGA樣品的光學(xué)圖像。c)MGA樣品的XRD光譜、d)拉曼光譜和e) F 1s XPS光譜。f)SEM圖像。g)側(cè)視SEM圖像和h)相應(yīng)元素分布圖。
Figure 2. a)基于銅箔和MGA電極的非對稱電池的庫侖效率，以及裸銅b)和MGA c)電極在10mA·cm-2下的電壓曲線。d)長時間的循環(huán)性能。e，f）電鍍/剝離100次后的俯視掃描電鏡圖像。g，h）不同溫度下對稱電池的電化學(xué)阻抗譜。
Figure 3．a(chǎn)，b)原位光學(xué)顯微鏡觀察鋅在不同時間于5mA·cm-2電流密度下，在裸銅a)和Cu@MGA b)電極上的老化和電鍍情況。c，d)原位DEMS圖，第一次循環(huán)期間釋放的H2。e)在鍍鋅和剝離過程中MGA電極的原位XRD。f，g）第一次循環(huán)后的拉曼光譜。h，i）循環(huán)后電極的光學(xué)表面輪廓圖像。
Figure 4．a(chǎn)，b)掃描電鏡圖像。c)透射電鏡圖像。d)非對稱電池的恒電流電壓曲線。e，f）10次循環(huán)后， F 1s和C 1s XPS分析。g)在塊狀鋅箔和MGA@鋅電極上鍍鋅和循環(huán)的示意圖。
該研究工作由北京理工大學(xué)Renjie Chen課題組于2021年發(fā)表在Adv. Mater.期刊上。原文：Encapsulation of Metallic Zn in a Hybrid MXene/Graphene Aerogel as a Stable Zn Anode for Foldable Zn-Ion Batteries。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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