上海理工毕文超、同济吴广明、华盛顿大学曹国忠教授最新ESM综述：MXenes钠离子电池的研究进展

MXenes及其复合物电极材料在钠离子电池的应用

第一作者：毕文超

通讯作者：高国华*，张增海*，吴广明*，曹国忠*

单位：上海理工大学，同济大学，华盛顿大学

钠离子电池因具有资源丰富、成本低等优点有望成为锂离子电池的补充或替代，因此在大规模储能应用中具有广泛的应用前景。MXenes（M_n+1X_nT_x）作为一种新型的二维过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物，因具有高电子导电性、可控的结构和表面化学等特点，已被应用于钠离子电池中。本文总结了基于MXene的钠离子电池的研究进展，并讨论了其未来研究方向，助力钠离子电池的研究和进一步应用。

近日，上海理工大学的毕文超、同济大学的吴广明教授团队和华盛顿大学的曹国忠教授，在国际知名期刊Energy Storage Materials上发表题为“MXenes and their composites as electrodes for sodium ion batteries”综述文章。文章先详细介绍了MXenes的结构和特性，分析了MXenes电化学特性的关键影响因素。然后，依据不同的合成策略，系统总结了MXenes及其复合材料的在钠离子电池阳极、阴极的研究进展。最后，文章对MXenes用于钠离子电池的研究方向提出了展望，为钠离子电池的进一步应用提供了方向。

图1. 碱金属离子电池的比较。

图2.MXenes在不同二次电池中的应用情况。

图3. MXenes合成策略的发展过程。

图4. 通过自上而下和自下而上的方法合成的MXenes、以及通过自组装、二次生长、原位衍生等策略合成的MXene复合物，应用于钠离子电池电极材料时表现出了独特的电化学特性和机制。

图4. 对MXenes钠离子电池的展望。

要点一：MXenes的结构与特性

MXene是一种二维层状结构，其丰富的化学组成、可调控的晶体结构和表面能官能团赋予了MXenes独特的电子特性、化学稳定性、亲水特性、机械性能等。

要点二：影响MXenes的电化学性能的关键因素

MXenes的电化学特性与其表面化学、层间距离和微观结构密切相关。MXenes的表面官能团、层间距离和微观结构可以直接影响电子、离子的行为，影响其存储电荷的能力，成为影响MXene的电化学性能的关键因素。

要点三：MXenes及其复合物在钠离子电池阳极的应用

MXene结构和特性与其合成策略密切相关，包括自上而下的（非）含氟的制备方法和自下而上的合成方法。MXene复合物通过自组装、二次生长、原位转换等策略具有独特的电化学特性，因而表现出不同的电化学性能和储能机制。

要点四：MXene复合物在钠离子电池阳极的应用

MXene复合材料还被应用到钠离子电池的阳极材料中，MXene主要用于提高阳极材料电子导电性和结构稳定性，相对少于阳极材料的应用。

要点五：展望

当前对MXene钠离子电池的研究仍然有限，文章从材料优化、新种类研发、储能机制深入学习、器件设计等方面讨论并提出了MXenes在钠离子电池领域应用方面未来发展的方向。

MXenes and their composites as electrodes for sodium ion batteries

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103568

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