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三维（3D）主体可以有效减缓锌(Zn)金属阳极的枝晶生长。然而，使用3D衬底会增加电极/电解质反应面积，从而加速阳极界面的钝化和腐蚀，导致电化学性能下降。这里，使用定向冷冻工艺来制造了柔性MXene/石墨烯支架。如此独特的结构有着丰富的亲锌性和微孔，通过电沉积过程锌被致密地封装在主体内。在循环过程中，由于MXene中固有的氟终端，复合阳极在电极/电解质界面赋予了原位固态电解质界面（氟化锌），有效抑制了枝晶生长。此外，通过原位/非原位测试，可以知道块状 Zn分布在3D主体中这一设计，还可以抑制了析氢反应(3.8 mmol·h-1cm-2)和钝化。因此，在对称电池测试中，该电极在10mA cm-2电流密度下，其循环寿命超过1000小时。在连续单折叠和双折叠之后，基于该复合阳极和LiMn2O4阴极(60%放电深度)的准固态可折叠电池，电容量保持率高于91%。这项研究为水性锌离子电池和可折叠研究提供了一种革命性的封装理念。 Figure 1. a)制造MGA材料的示意图。b)超重MGA样品的光学图像。c)MGA样品的XRD光谱、d)拉曼光谱和e) F 1s XPS光谱。f)SEM图像。g)侧视SEM图像和h)相应元素分布图。 Figure 2. a)基于铜箔和MGA电极的非对称电池的库仑效率，以及裸铜b)和MGA c)电极在10mA·cm-2下的电压曲线。d)长时间的循环性能。e，f）电镀/剥离100次后的俯视扫描电镜图像。g，h）不同温度下对称电池的电化学阻抗谱。 Figure 3．a，b)原位光学显微镜观察锌在不同时间于5mA·cm-2电流密度下，在裸铜a)和Cu@MGA b)电极上的老化和电镀情况。c，d)原位DEMS图，第一次循环期间释放的H2。e)在镀锌和剥离过程中MGA电极的原位XRD。f，g）第一次循环后的拉曼光谱。h，i）循环后电极的光学表面轮廓图像。 Figure 4．a，b)扫描电镜图像。c)透射电镜图像。d)非对称电池的恒电流电压曲线。e，f）10次循环后， F 1s和C 1s XPS分析。g)在块状锌箔和MGA@锌电极上镀锌和循环的示意图。 该研究工作由北京理工大学Renjie Chen课题组于2021年发表在Adv. Mater.期刊上。原文：Encapsulation of Metallic Zn in a Hybrid MXene/Graphene Aerogel as a Stable Zn Anode for Foldable Zn-Ion Batteries。 陈人杰 教授 北京理工大学材料学院 陈人杰，男，1976 年生，北京理工大学材料学院教授、博士生导师。2002-2005 年师从吴锋教授就读于北京理工大学环境工程专业，获工学博士学位；2005-2007 年在清华大学化学系物理化学专业师从陈立泉院士、邱新平教授从事博士后研究工作，2012-2013 年在英国剑桥大学材料科学与冶金系 Prof. Derek Fray、Dr. Vasant R. Kumar 课题组访问研究。2009 年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”，2010 年入选北京市优秀人才培养资助计划和北京市科技新星计划。主要从事绿色能源材料、二次电池新体系及关键材料等领域的教学和科研工作，作为项目负责人，承担了国家自然科学基金项目、国家高技术研究发展计划（863 计划）项目、国家安全重大基础研究项目、总装预研项目、国际科技合作项目等课题，在离子液体及功能电解质添加剂材料、多电子高比能锂硫二次电池、全固态薄膜锂电池及能源材料结构理论与量化计算等研究领域开展了较为系统的研究工作：1）自主合成酰胺类、咪唑啉酮类新型离子液体和亚硫酸酯、异氰酸酯、砜类及含硼锂盐等多种功能电解质材料，建立微结构模型并通过理论分析实现优化设计，应用于锂二次电池体系时有效提高了其安全性和宽温度应用特性；2）采用密封多段热复合法和原位化学氧化法实现了多维结构的活性炭、碳纳米管、石墨烯担载及聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯包覆改性的新型硫复合材料，研制的锂硫电池样品能量密度高于 406 Wh/kg；3）基于磁控溅射技术，制备了具有纳米粒子生长及微米厚度设计等特征的新型晶态欠锂薄膜电极和交联网络结构的 Li-Al-Ti-P-O-N 薄膜电解质材料。在 Advanced Materials、Nano Letters、Nano Energy、Chemical Science、ChemSusChem、Nanoscale 等期刊发表论文 120 篇， SCI 收录 85 篇；申请发明专利 41 项，已获授权 17 项；获得 2013 年度国家技术发明二等奖 1 项（第四完成人），获部级科学技术一等奖 3 项。参与编写 2 项中国汽车行业标准；参与编写学术著作 3 部。 |
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