摘要

MXene 被視為重塑能源未來的杰出候選者，具有可行的表面化學(xué)、超薄二維結(jié)構(gòu)和出色的電子傳導(dǎo)性。廣泛的研究工作帶來了功能豐富的MXene家族的快速擴(kuò)展，這顯著提高現(xiàn)有儲能設(shè)備的性能。
為 MXene 基材料功能化而開發(fā)的策略，包括通過離子/分子/聚合物引發(fā)定制其微觀結(jié)構(gòu)相互作用或自組裝、摻雜劑的表面/界面工程或功能團(tuán)，從具有各種功能的 MXene 構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，并將其轉(zhuǎn)化為一系列繼承的衍生品MXene 前體的優(yōu)點(diǎn)得到了強(qiáng)調(diào)。通過功能化和結(jié)構(gòu)工程，MXene 基電極材料表現(xiàn)出改進(jìn)的比容量和倍率性能，以及它們的存在進(jìn)一步抑制甚至消除金屬上枝晶的形成陽極，可延長充電電池的使用壽命。同時(shí)，MXene 還可作為電解質(zhì)、隔膜和電流的添加劑收藏家。最后，一些未來值得探索的方向來解決提出了基于 MXene 材料的剩余挑戰(zhàn)性問題并實(shí)現(xiàn)下一代高功率和低成本可充電電池。

精彩亮點(diǎn)

• MXene 是一種二維層狀材料，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和可調(diào)節(jié)的表面化學(xué)性質(zhì)，使其成為各種電池系統(tǒng)有前景的電極材料。

• 強(qiáng)調(diào)增強(qiáng) MXene 功能的四種策略：微觀結(jié)構(gòu)定制、表面/界面工程、異質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)建和衍生物轉(zhuǎn)換。

• MXene 在鈉離子、鉀離子、鋅離子、鋁離子和鎂離子電池中應(yīng)用時(shí)表現(xiàn)出改進(jìn)的性能。它們可以用作活性電極材料、粘合劑、電解質(zhì)添加劑，以增強(qiáng)穩(wěn)定性并抑制枝晶生長。

• MXene 能夠在層之間實(shí)現(xiàn)金屬離子的可逆和快速嵌入，從而提供高容量和倍率性能。表面工程進(jìn)一步優(yōu)化了它們的離子存儲能力。

• 構(gòu)建基于 MXene 的復(fù)合材料可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。將 MXene 轉(zhuǎn)化為金屬氧化物和硫化物等衍生物也可以提高電池性能。

圖文參考

總結(jié)

總體而言，憑借精細(xì)的功能化和結(jié)構(gòu)工程，MXene 是構(gòu)建下一代高功率和低成本可充電電池的有前途的材料。需要對基本機(jī)制和可擴(kuò)展合成進(jìn)行更多研究。總之，這篇全面的綜述涵蓋了定制 MXene 結(jié)構(gòu)和成分以改善其儲能應(yīng)用的最新進(jìn)展，特別是在鋰離子電池以外的新興電池系統(tǒng)中。關(guān)鍵的創(chuàng)新是將 MXene 與表面改性和異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等其他策略相結(jié)合，以充分利用其優(yōu)勢文獻(xiàn)來源：DOI：10.1002/adma.202204988