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       雖然鋅鎳電池是一種潛在的儲能系統，但陽極鋅電極往往面臨枝晶、鈍化和變形等問題，特別是在高電流密度下，這些問題往往會加劇，嚴重阻礙了其實際應用。為拓寬鋅堿性二次電池的應用領域，首先對氧化鋅進行了二維過渡金屬碳化物/氮化物(ZnO@MXene)改性。多種表征和密度泛函理論(DFT)計算證明，高導電的MXene基質提供了高速的電子傳遞通道，MXene的低離子擴散勢壘和優異的離子擴散遷移率可以迅速降低固-液界面的離子濃度梯度，從而減弱濃度極化。此外，MXene還可以調節擴散行為，通過鋅取向的o基團誘導鋅均勻沉積，形成分散良好的“籽點”，實現均勻成核，抑制枝晶生長。因此，ZnO@MXene作為鋅鎳電池的陽極，在10C條件下循環1500次后，仍能保持594mAh·g^-1的容量。達到了初始容量(596mAh·g^-1)的90%，表明了優異的比容量、速率性能和循環壽命。
 
圖1  ZnO@ MXene的制備原理圖。
 
圖2. MAX(a)、MXene(b)、ZnO(c)、ZnO@MXene(d、e、f)的SEM圖，ZnO@MXene(g、h)的TEM圖，ZnO@MXene(i-k)的EDX元素映射圖。
 
圖3 球形MAX和MXene(a)、ZnO、ZnO/MXene和ZnO@MXene(b)的XRD圖。
 
圖4. XPS譜圖，全XPS測量(a)，Ti 2p (b)， O 1s (c)， c 1s (d)和Zn 2p (e)。 
 
圖5。MXene, ZnO和ZnO@MXene的拉曼光譜(a)， FTIR光譜(b)和電解質液滴在ZnO, ZnO/MXene和ZnO@MXene上的接觸角(c)。 
 
圖6 ZnO, ZnO/MXene和ZnO@MXene的EIS (a)，循環伏安曲線(b)， Tafel曲線(c)。
 
圖7 ZnO, ZnO/MXene和ZnO@MXene的循環曲線(a)，庫侖效率(b)， ZnO@MXene的速率性能(c)， ZnO, ZnO/MXene和ZnO@MXene在第100和600個循環時的充放電電壓曲線(d,e)， ZnO/MXene在1240和1260個循環時的電壓-循環數(f)。
 
圖8 記錄了鋅還原過程中不同時刻陽極/電解液界面處的光學照片。
 
       相關科研成果由中南大學化學化工學院Zhanhong Yang等人于2022年發表在Chemical Engineering Journal (https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139073)上。原文：In Situ Growth of ZnO Nanosheets on Ti₃C₂T_x MXene for Superior-Performance Zinc-Nickel Secondary Battery。

轉自《石墨烯研究》公眾號