水系鋅離子電池因其高安全性、低成本和環(huán)境友好性而被認為是大規(guī)模儲能系統(tǒng)的有希望候選者。然而，鋅負極的枝晶問題阻礙了其實際應(yīng)用。

在此，山東大學(xué)馮金奎教授等人設(shè)計了一種獨立、輕質(zhì)、親鋅的MXene/納米多孔NiO異質(zhì)結(jié)構(gòu)工程隔膜，以實現(xiàn)超穩(wěn)定的無枝晶金屬負極并抑制副反應(yīng)。具體而言，其優(yōu)點可歸納為：

（1）一步減壓蒸餾得到的納米多孔NiO具有比表面積大、孔隙率高、多孔結(jié)構(gòu)均勻的特點，有效降低了局部電流密度；

（2）基于該方法，從商業(yè)前驅(qū)體制備了一系列納米多孔氧化物（CoO、CuO、MgO、In₂O₃、TiO₂等）；

（3）MXene@NiO層可以降低Zn沉積的成核過電位，通過降低Zn²⁺濃度梯度促進離子傳輸，使電場分布均勻以調(diào)節(jié)Zn沉積；

（4）MXene@NiO層的親鋅特性有利于促進均勻的Zn離子通量。

圖1. MXene@NiO改性隔膜的合成過程示意圖

因此，設(shè)計的隔膜可以保證均勻的鋅沉積，具有高可逆性并抑制副反應(yīng)?；诟男愿裟さ腪n||Zn電池在1 mA cm^-2 、1 mAh cm^-2和2 mA cm^-2、2 mAh cm^-2 的條件下實現(xiàn)了長達2400小時的穩(wěn)定循環(huán)，甚至在10 mA cm^-2、10 mAh cm^-2的嚴(yán)苛條件下也能實現(xiàn)500小時的出色Zn電鍍/剝離循環(huán)。

進一步，作者組裝了具有柔性NS/MXene@MnO₂正極的全電池來評估改性隔膜的實際應(yīng)用，該電池在5 A g^-1下1400次循環(huán)后的容量為194.5 mAh g^-1，對應(yīng)于每循環(huán)0.0047%的容量衰減。此外，該策略還可以擴展到鋰、鈉、鉀和鎂金屬電池，在金屬電池等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價值，為大規(guī)模制造高質(zhì)量的多孔氧化物提供一種簡便的通用方法。

圖2. 基于改性隔膜的Zn||NS/MXene@MnO₂全電池的電化學(xué)性能

Highly Reversible Zn Metal Anodes Enabled by Freestanding, Lightweight, and Zincophilic MXene/Nanoporous Oxide Heterostructure Engineered Separator for Flexible Zn-MnO₂ Batteries, ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c01571