可充電水系鋅離子電池具有安全性高、成本低等優(yōu)點，被認為是儲能系統(tǒng)的有吸引力的候選者。然而，不可控的枝晶生長和副反應帶來的危害阻礙了其實際應用。

在此，香港理工大學徐賓剛副教授等人在鋅箔上原位構建了由電子導電 N/Se功能化MXene納米線/納米片混合框架和離子導電ZnSe納米顆粒組成的保護性分層異質層，以誘導均勻的Zn沉積并抑制界面副反應。其中，N/Se-MXene@ZnSe@Zn負極的設計具有以下優(yōu)點：

（1）該異質層是通過在硒化過程中調節(jié)退火溫度精心設計的，通過簡便的真空退火方法在硒化過程中同步實現(xiàn)了N/Se功能化和ZnSe納米顆粒的形成；

（2）N/Se功能化和皺縮的MXene納米片/納米線結構可以提高親水性且提供足夠的電子通道，從而調節(jié)均勻的電場分布，并在Zn沉積/剝離過程中適應體積變化；

（3）在350℃下同步形成的ZnSe納米粒子可以提供足夠的親鋅位點，從而實現(xiàn)離子分布均勻、降低過電位、抑制副反應，最終提高可逆性。

圖1. N/Se-MXene@ZnSe@Zn電極的制備及表征

因此，N/Se-MXene@ZnSe@Zn-350負極在1 mA cm^-2下20小時循環(huán)后呈現(xiàn)均勻且光滑的Zn沉積?；谠撠摌O的對稱電池在1 mA cm^-2、1 mAh cm^-2下實現(xiàn)了低電壓滯后（35 mV）和穩(wěn)定的循環(huán)性能，壽命為2500小時。即使在10 mA cm^-2、10 mAh cm^-2條件下，該對稱電池仍能保持800小時的穩(wěn)定循環(huán)。

此外，基于該負極和柔性獨立式 N-MXene@MnO₂正極的Zn||MnO₂ 全電池可顯著提高循環(huán)穩(wěn)定性（600次循環(huán)后的容量保持率為 88.7%），平均庫倫效率為99.1% 并表現(xiàn)出快速的動力學過程（電化學存儲主要由電容貢獻）?？傊?，這種表面電化學和工程嘗試將為基于MXene的材料設計和無枝晶水系鋅電池的發(fā)展提供新的啟示。

圖2. N/Se-MXene@ZnSe@Zn負極的電化學性能

Robust Nitrogen/Selenium Engineered MXene/ZnSe Hierarchical Multifunctional Interfaces for Dendrite-Free Zinc-Metal Batteries, Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.03.045