虽然锌镍电池是一种潜在的储能系统，但阳极锌电极往往面临枝晶、钝化和变形等问题，特别是在高电流密度下，这些问题往往会加剧，严重阻碍了其实际应用。为拓宽锌碱性二次电池的应用领域，首先对氧化锌进行了二维过渡金属碳化物/氮化物(ZnO@MXene)改性。多种表征和密度泛函理论(DFT)计算证明，高导电的MXene基质提供了高速的电子传递通道，MXene的低离子扩散势垒和优异的离子扩散迁移率可以迅速降低固-液界面的离子浓度梯度，从而减弱浓度极化。此外，MXene还可以调节扩散行为，通过锌取向的o基团诱导锌均匀沉积，形成分散良好的“籽点”，实现均匀成核，抑制枝晶生长。因此，ZnO@MXene作为锌镍电池的阳极，在10C条件下循环1500次后，仍能保持594mAh·g^-1的容量。达到了初始容量(596mAh·g^-1)的90%，表明了优异的比容量、速率性能和循环寿命。
 
图1  ZnO@ MXene的制备原理图。
 
图2. MAX(a)、MXene(b)、ZnO(c)、ZnO@MXene(d、e、f)的SEM图，ZnO@MXene(g、h)的TEM图，ZnO@MXene(i-k)的EDX元素映射图。
 
图3 球形MAX和MXene(a)、ZnO、ZnO/MXene和ZnO@MXene(b)的XRD图。
 
图4. XPS谱图，全XPS测量(a)，Ti 2p (b)， O 1s (c)， c 1s (d)和Zn 2p (e)。 
 
图5。MXene, ZnO和ZnO@MXene的拉曼光谱(a)， FTIR光谱(b)和电解质液滴在ZnO, ZnO/MXene和ZnO@MXene上的接触角(c)。 
 
图6 ZnO, ZnO/MXene和ZnO@MXene的EIS (a)，循环伏安曲线(b)， Tafel曲线(c)。
 
图7 ZnO, ZnO/MXene和ZnO@MXene的循环曲线(a)，库仑效率(b)， ZnO@MXene的速率性能(c)， ZnO, ZnO/MXene和ZnO@MXene在第100和600个循环时的充放电电压曲线(d,e)， ZnO/MXene在1240和1260个循环时的电压-循环数(f)。
 
图8 记录了锌还原过程中不同时刻阳极/电解液界面处的光学照片。
 
       相关科研成果由中南大学化学化工学院Zhanhong Yang等人于2022年发表在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。

转自《石墨烯研究》公众号