上海理工畢文超、同濟吳廣明、華盛頓大學曹國忠教授最新ESM綜述：MXenes鈉離子電池的研究進展
【文章資訊】
MXenes及其複合物電極材料在鈉離子電池的應用
第一作者：畢文超
通訊作者：高國華*，張增海*，吳廣明*，曹國忠*
機關：上海理工大學，同濟大學，華盛頓大學
【研究背景】
鈉離子電池因具有資源豐富、成本低等優點有望成為锂離子電池的補充或替代，是以在大規模儲能應用中具有廣泛的應用前景。MXenes（Mn+1XnTx）作為一種新型的二維過渡金屬碳化物、氮化物和碳氮化物，因具有高電子導電性、可控的結構和表面化學等特點，已被應用于鈉離子電池中。本文總結了基于MXene的鈉離子電池的研究進展，并讨論了其未來研究方向，助力鈉離子電池的研究和進一步應用。
【文章簡介】
近日，上海理工大學的畢文超、同濟大學的吳廣明教授團隊和華盛頓大學的曹國忠教授，在國際知名期刊Energy Storage Materials上發表題為“MXenes and their composites as electrodes for sodium ion batteries”綜述文章。文章先詳細介紹了MXenes的結構和特性，分析了MXenes電化學特性的關鍵影響因素。然後，依據不同的合成政策，系統總結了MXenes及其複合材料的在鈉離子電池陽極、陰極的研究進展。最後，文章對MXenes用于鈉離子電池的研究方向提出了展望，為鈉離子電池的進一步應用提供了方向。
圖1. 堿金屬離子電池的比較。
圖2.MXenes在不同二次電池中的應用情況。
圖3. MXenes合成政策的發展過程。
圖4. 通過自上而下和自下而上的方法合成的MXenes、以及通過自組裝、二次生長、原位衍生等政策合成的MXene複合物，應用于鈉離子電池電極材料時表現出了獨特的電化學特性和機制。
圖4. 對MXenes鈉離子電池的展望。
【本文要點】
要點一：MXenes的結構與特性
MXene是一種二維層狀結構，其豐富的化學組成、可調控的晶體結構和表面能官能團賦予了MXenes獨特的電子特性、化學穩定性、親水特性、機械性能等。
要點二：影響MXenes的電化學性能的關鍵因素
MXenes的電化學特性與其表面化學、層間距離和微觀結構密切相關。MXenes的表面官能團、層間距離和微觀結構可以直接影響電子、離子的行為，影響其存儲電荷的能力，成為影響MXene的電化學性能的關鍵因素。
要點三：MXenes及其複合物在鈉離子電池陽極的應用
MXene結構和特性與其合成政策密切相關，包括自上而下的（非）含氟的制備方法和自下而上的合成方法。MXene複合物通過自組裝、二次生長、原位轉換等政策具有獨特的電化學特性，因而表現出不同的電化學性能和儲能機制。
要點四：MXene複合物在鈉離子電池陽極的應用
MXene複合材料還被應用到鈉離子電池的陽極材料中，MXene主要用于提高陽極材料電子導電性和結構穩定性，相對少于陽極材料的應用。
要點五：展望
目前對MXene鈉離子電池的研究仍然有限，文章從材料優化、新種類研發、儲能機制深入學習、器件設計等方面讨論并提出了MXenes在鈉離子電池領域應用方面未來發展的方向。
【文章連結】
MXenes and their composites as electrodes for sodium ion batteries
全文連結：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103568