MXene包覆碳布用于柔性钠金属负极

       先进的碱金属（锂，钠和钾）电池正在不断更新以满足对高性能储能器件日益增长的需求，这对于其搞理论比容量以及金属负极较低的氧化还原电位。Na基电池引起较低的成本已经得到了广泛的关注。与此同时，一些Na基电池，如Na-O2和Na-CO2，显示出了杰出的电化学稳定性与可逆性。实际上，一些可充电钠金属电池，如Na-S和Na-NiCl2，可以在高温下工作，具有一定的商业价值。然而，直接使用Na金属作为稳定的室温纳金属电池负极材料仍然是一个挑战。

       MXene，是一种独特的二维（2D）层状材料，因其丰富的表面官能团，超高的金属导电性高机械模量，在储能领域已经被广泛地研究。最近，MXene已经被应用于稳定Li/Na金属负极。一些MXene基金属负极，如层状结构的MXene-Li膜，MXene气凝胶以及柱状的Sn@MXene被成功地制备，因其可以抑制Li/Na枝晶的生长进而增强循环稳定性。通过理论计算与实验观察揭示了，MXene表面的官能团与Li/Na金属之间良好的吸附力诱发的沉积效应。同时，MXene薄膜上的成核现象促进了鹅卵石状的Li水平生长，然而，钠金属在MXene上的生长机理仍然未知。

     最近，哈尔滨工程大学曹殿学教授在国际知名学术期刊ACS Nano上发表题目为： Induction of Planar Sodium Growth on MXene (Ti3C2Tx)-Modified Carbon Cloth Hosts for Flexible Sodium Metal Anodes的研究论文，成功地设计并合成了一种MXene-Ti3C2Tx包覆的碳布（Ti3C2Tx-CC），具有高导电以及亲钠的表面。经过热浸处理后，获得了具有刚性和可弯曲性的Na-Ti3C2Tx-CC复合材料，并将其用作钠离子电池的负极材料。

图1. Ti3C2Tx-CC骨架和Na-Ti3C2Tx-CC金属负极的合成示意图。

图2. Na-Ti3C2Tx-CC的形貌与机械性能表征。

图3. Na-Ti3C2Tx-CC电极的电化学性能表征。

图4. Ti3C2Tx沉积效应及其机理的探究。

图5.Na-Ti3C2Tx-CC//NVP金属柔性全电池的电化学性能测试。

具有丰富表面官能团的Ti3C2Tx-CC通过一种简单的电泳沉积的方式成功地合成，并且其较高的电子导电性以及亲钠性。该方法是通用并且更新的，可以提升金属电极的性能。Na-Ti3C2Tx-CC表现出了稳定的剥离/电镀行为（5 mAh cm-2 @ 5 mA cm-2）以及在碳酸盐电解液中9 mA cm-2 @ 3 mAh cm-2 和4  mA cm-2 @ 80mAh cm-2的电化学性能，而且没有Na枝晶的形成。在循环过程中更低的成核过电位以及逐渐降低的过电位，得益于Ti3C2Tx的均匀沉积。第一性原理与SEM图像揭示了机理，展示出了Ti3C2Tx有效的初始成核以及Na原子在Ti3C2Tx结构表面的排列，导致了横向的片状钠沉积。这些发现证明了钠金属电极制备的多样可行策略，并为MXene保护金属负极提供了新方向。

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