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梅長(zhǎng)彤等Adv. Sci.：納米纖維協(xié)同MXene實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命鋅金屬電池！

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

南京林業(yè)大學(xué)梅長(zhǎng)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(hù)層，作為穩(wěn)定鋅金屬負(fù)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(duì)較低的孔隙率（52.2%）下提供了足夠的強(qiáng)度（43.7兆帕），使擴(kuò)散有限的枝晶得到抑制，而另一方面，MXene作為鋅的門(mén)控層，促進(jìn)了鋅離子的移動(dòng)，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(duì)稱電池和鋅//銅不對(duì)稱電池的電化學(xué)性能

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

此外，Zn|LM//Cu非對(duì)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(guò)電位。并且， Zn|LM//MnO₂全電池在1 A g^-1下實(shí)現(xiàn)175.4 mAh g^-1的更高容量和超過(guò)1000次的長(zhǎng)循環(huán)壽命。這項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)長(zhǎng)循環(huán)壽命電池的無(wú)枝晶鋅負(fù)極提供了新的見(jiàn)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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