三維（3D）主體可以有效減緩鋅（Zn）金屬負極的枝晶生長。然而，使用 3D 基板增加的電極/電解質(zhì)反應(yīng)面積加速了陽極界面的鈍化和腐蝕，最終降低了電化學性能。在該篇文章中，定向冷凍過程用于創(chuàng)建靈活的 MXene/石墨烯支架。基于結(jié)構(gòu)中豐富的親鋅特性和微孔，鋅通過電沉積過程被致密地包裹在主體內(nèi)部。
圖 1. a) 制造 MGA 材料的示意圖。b) 超輕量 MGA 樣品的光學圖像。(c-e) MGA 樣品的 XRD 光譜 (c)、拉曼光譜 (d) 和 F 1s XPS 光譜 (e)。f) MGA 材料在無約束條件下的頂視圖（左）和側(cè)視圖的 SEM 圖像。g, h) 電鍍 5 mAh cm-2 后 MGA 樣品的側(cè)視圖像 (g) 和相應(yīng)的元素映射 (h)。
在循環(huán)過程中，由于 MXene 中固有的氟終止，復(fù)合陽極在電極/電解質(zhì)界面處賦予原位固體電解質(zhì)界面與氟化鋅，有效抑制枝晶生長。此外，以 3D 微尺度方式分布塊狀 Zn 的設(shè)計抑制了析氫反應(yīng)（3.8 mmol h-1 cm-2）和通過原位/異位測試的鈍化。結(jié)果，在對稱電池測試中，電極在 10 mA cm-2 下具有超過 1000 小時的長循環(huán)壽命。在連續(xù)單折疊和雙折疊之后，具有復(fù)合陽極和 LiMn2O4 陰極（60% 放電深度）的準固態(tài)可折疊電池保持超過 91% 的高容量保持率。這項研究為水性鋅離子電池提供了一種革命性的封裝理念，以及可折疊的研究。
圖 4. a、b) 鍍 0.1 mAh cm-2 后 MGA 樣品的 SEM 圖像，頂視圖 (a) 和側(cè)視圖 (b)。c) 電鍍 0.1 mAh cm-2 后 MGA 樣品的 TEM 圖像。d) 分別使用裸銅和 MGA 電極的非對稱電池的恒電流電壓分布。e, f) 10 次循環(huán)后 MGA 電極的 F 1s (e) 和 C 1s (f) 的 XPS 分析。g）在塊狀鋅箔和 MGA@Zn 電極（下）上鍍鋅和循環(huán)的示意圖。
相關(guān)論文以題為Encapsulation of Metallic Zn in Hybrid MXene/Graphene Aerogel as Stable Zn Anode for Foldable Zn-ion Batteries發(fā)表在《Advanced Materials》上。通訊作者是北京理工大學謝嫚副教授、陳人杰教授。
