无枝晶锌负极：MXene纳米片电解液提高锌电池循环寿命与库仑效率

2. 在锌负极表面形成的MXene界面层具有丰富的官能团以及良好的导电性，能够诱导金属锌的均匀沉积，抑制枝晶生长，并能缓解副反应。

3. 在添加少量MXene纳米片的电解液中，锌负极能够反复沉积/剥离1180次，库仑效率高达99.7%。

研究结果表明，MXene纳米片的添加提高了电解液的离子电导率。长期的循环过程中，MXene纳米片能够在锌负极表形成一层稳定的保护膜，MXene纳米片上丰富的官能团以及其自身优异的导电性能够有效的诱导金属锌的均匀成核，抑制了枝晶的生长，并减少了副产物的产生。Zn-V₂O₅全电池展现出高循环稳定性，在1 A/g电流密度下循环300圈和高比容量，可逆容量为192.9 mAh/g。

图1. (a) MXene添加剂诱导锌均匀沉积示意图，(b) 锌沉积过程的原位光学显微镜，(c, d) DFT理论计算。

II 含MXene添加剂电解液的表征

添加MXene纳米片后的，对电解液固有的性质产生了很大的变化。如图2a显示出MXene纳米片在电解液中表现出电负性。因此可以吸附异性的阳离子，均一化电解液中阳离子的浓度。图2b的EIS可以看出，MXene纳米片的添加，可以有效促进离子迁移。图2c的离子电导率可以看出，MXene纳米片可以有效提高电解液的离子电导率。图2d展示了当MXene添加浓度为0.05 mg/mL时,该电解液体系表现出最大的交换电流密度，说明该浓度对界面离子传输能力增加最多。图e和图f也说明MXene添加浓度为0.05 mg/mL时改性效果最好。

图2. (a) MXene纳米片在水中的Zeta电位。(b) 不同MXene添加浓度下SS-SS电池的交流阻抗。(c) 不同MXene添加浓度下电解液的离子电导率。(d) 不同MXene添加浓度电解液的线性极化曲线。(e) 不同MXene添加浓度下Zn-Zn电池的交流阻抗。(f) 不同MXene添加浓度下Zn-Zn电池2 mA/cm²-1 mAh/cm²长循环。

图3. 库伦效率(a) 1 mA/cm²-1 mAh/cm²；(b) 2 mA/cm²-1、2、3、4 mAh/cm²；(c) 4 mA/cm²-1 mAh/cm²。Zn-Zn电池长循环(d) 1 mA/cm²-1 mAh/cm²；(e) 2 mA/cm²-1 mAh/cm²；(f) 4 mA/cm²-1 mAh/cm²。

图4. 锌负极循环后的截面与平面扫描电镜。(a, d) 空白电解液中循环50小时后的截面与平面。(b, e) 添加MXene电解液中循环50小时后的截面与平面。(c, f) 添加MXene电解液中循环400小时后的截面与平面。

图5. Zn-V₂O₅全电池电化学性能。(a) 倍率性能。(b) 1 A/g电流密度下的长循环性能。(c-e) 不同循环周次的充放电曲线。