山东大学冯金奎教授AFM综述：用于先进固态储能器件的MXenes及其衍生物

文 章 信 息

用于先进固态储能器件的MXenes及其衍生物

第一作者：满泉言

通讯作者：冯金奎*

单位：山东大学

研 究 背 景

固态储能器件被认为具有提高安全性、长期电化学/热稳定性、能量/功率密度、低包装需求，在大规模储能领域展现了巨大的应用潜力。然而，离子电导率低、界面接触差、树突生长严重等关键问题限制了固态储能器件的实际应用。近年来，由于独特的性质，基于MXenes的固态储能器件取得了重要进展。然而，对这一主题的总体评论是很少的。本文综述了MXenes及其衍生物在固态储能器件的最新研究进展。系统地回顾和讨论了MXenes在增强固态储能器件的电化学行为中的应用、功能化机理和设计策略。并对MXenes基固态储能器件未来的设计策略提出了展望。这篇综述有望帮助研究人员设计和构建具有优越能量密度和安全性的先进固态储能器件。

文 章 简 介

近日，山东大学冯金奎教授在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为“MXenes and Their Derivatives for Advanced Solid-State Energy Storage Devices”的综述文章。该文章回顾了MXenes和固态电解质的基本概念及其进展，同时汇总了MXenes及其衍生物在固态储能器件的最新研究进展。

图1. MXenes及其衍生物在固态储能器件研究中的统计分析。

图2. MXenes及其衍生物在固态储能器件的应用。

图3. MXenes及其衍生物在固态储能器件中应用的挑战。

本 文 要 点

要点一：MAX相与MXenes基本原理

介绍了MAX相的定义，组成以及已报道的MAX相。回顾总结了MXenes的制备方法（氢氟酸刻蚀法，原位氢氟酸刻蚀法，熔盐法，电化学刻蚀法，碱刻蚀法，卤素刻蚀法，热反应法，以及CVD法），剥离策略，以及与储能有关的基本性质。

要点二：固态电解质分类及性质

固态电解质是固态储能器件中最为重要的组件，主要分为无机固态电解质，聚合物固态电解质，和复合固态电解质。为了更好地理解SSEs，该小节阐述了一些主要的物理和化学参数，如离子电导率、离子电导率、电化学稳定性、机械稳定性、热稳定性和可加工性。

要点三：MXenes及其衍生物在固态储能器件中的应用

得益于足够的种类、高导电率、丰富的表面基团、良好的力学性能，MXenes具有优化固态储能器件的巨大潜力，从而获得增强的电化学性能。毫无疑问，没有液体条件的固态储能器件也有助于提高MXenes纳米片和薄膜的稳定性。本文MXenes及其衍生物在固态储能器件中作为阳极，阴极，固态电解质填料，集流体，金属/碘/硫宿主，导电网络，金属阳极添加剂，和夹层的应用研究进展。

要点四：展望

（1）丰富MXenes的种类和性质；（2）探索MXenes的合成与加工方法；（3）提高MXene的稳定性；（4）构建更多高性能的阴极和阳极；（5）利用人工智能筛选新型固态电解质；（6）平衡夹层的离子和电子电导率；（7）了解固体电解质与电极之间的界面反应；（8）揭示电极/电解质界面离子传递机制；（9）拓展应用；（10）评估实际应用的前景。

通 讯 作 者 简 介

冯金奎，教授，博士生导师，入选国家级青年人才、山东省杰青、泰山学者青年专家、山东大学中青年学者。山东大学材料物理化学研究所副所长。全球高被引科学家，第一位获得山东省自然科学二等奖。1999-2008本硕博毕业于武汉大学化学与分子科学学院，2008-2012在新加坡国立大学和美国宾夕法尼亚州立大学从事博士后研究工作，2012年至今在山东大学材料科学与工程学院工作。

主要研究从事二次电池材料研究，在高能量密度水系和非水系二次电池取得一系列创新性成果。共发表SCI 230余篇，总他引11000余次，H因子67。授权专利50余项，主持省部级以上项目10余项。担任Nature子刊Scientific Reports等10余个期刊编委或者青年编委。中国化学会高级会员，中国化工学会化工新材料委员会委员，中国电工技术学会电池专业委员会，美国化学会、英国皇家学会、国际电化学会会员。山东省第一届新旧动能转换新能源评审组组长、国家自然科学基金、山东省重点研发计划等评审专家。课题组长期招聘博士后、科研助理、副研究员和助理研究员。

第 一 作 者 简 介

满泉言，现为山东大学材料科学与工程学院硕士研究生，2021年本科毕业于广西大学。研究方向为锂离子电池硅基负极，目前在Advanced Functional Materials，Journal of Energy Chemistry上发表论文。

文 章 链 接

MXenes and Their Derivatives for Advanced Solid-State Energy Storage Devices

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202303668

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