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由于锌金属负极具有吸引人的特点，包括其丰富的资源、成本效益、低氧化还原电位（-0.76 V vs 标准氢电极）和高理论容量（820 mAh g -1和5855 mAh cm -3），可充水系锌离子电池（RAZIBs）是水系可充电池的最佳选择之一。然而，不可控制的锌枝晶生长和寄生反应极大地阻碍了高能量和长寿命RAZIBs的发展。
鉴于此，南京林业大学梅长彤教授、苏黎世联邦理工学院Zhao Kangning、路易斯安那州立大学Zhang Xiaoman报道了含有木质素的纤维素纳米纤维(LCNF)-MXene(LM)双功能层对稳定锌负极界面的协同作用。一方面，LCNF在相对较低的孔隙率(52.2%)下可提供足够的强度(43.7 MPa)以实现扩散受限的枝晶抑制，而另一方面，MXene可用作锌栅，促进锌离子迁移，限制活性水/阴离子在电极/电解质界面的降解，并沿（002）平面外延引导锌沉积。受益于扩散限制枝晶的抑制和锌栅的协同效应，LM层在 Zn//Cu不对称电池中实现了98.9%的高库仑效率(CE)和1 mA cm -2下43.1 mV的低过电位。更重要的是，采用LM层的Zn//MnO 2全电池在1 A g -1下经过1000次循环后实现了90.0%的高容量保持率，远高于没有保护层的全电池（500次循环为73.9%）。总之，这项工作为设计用于长循环寿命电池的无枝晶锌负极提供了新的见解。
文章要点：
1. 这项工作提出了一种新型的含木质素的纤维素纳米纤维(LCNF)-MXene(LM)保护层，以作为稳定锌金属负极的理想界面层。
2. 这种具有优异机械性能(43.7 MPa)的LM层具有双重功能，其中LCNF充当脱溶剂层，限制自由水分子从电极/电解质界面释放，以抑制水引起的腐蚀反应，而MXene作为锌控制层，引导枝晶在横向的形成。这样，受益于枝晶抑制和活性水/阴离子限制的协同作用，保护层在沉积过程中会引导锌晶体沿(002)Zn方向生长，与锌负极表面平行。
3. 因此，与裸锌对称电池（219 h，194 mV）相比，具有LM层的锌对称电池具有788小时更长的循环寿命和35 mV的较低极化电压。此外，Zn|LM//Cu非对称电池在1 mA cm -2下的200次循环中提供了98.9%的高CE和43.1 mV的低过电位。另外，Zn|LM//MnO 2全电池在1 A g -1下实现了175.4 mAh g -1的更高容量和超过1000次循环的长寿命，显著高于Zn//MnO 2全电池（64.2 mAh g -1，500次循环后为73.9%）。
图1 LM薄膜脱溶剂化的理论模拟
图2 分别沉积100、500和1000 s后锌负极的形貌
图3 锌对称电池和锌//铜不对称电池的电化学性能
图4 全电池的电化学性能
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202202380
来源：高分子科学前沿
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