中国海洋大学田维乾/王焕磊eScience energy：锌离子微电容器用叉指型MXene基电极综述- 大数跨境

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中国海洋大学田维乾/王焕磊eScience energy：锌离子微电容器用叉指型MXene基电极综述

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2026-03-23

导读：中国海洋大学田维乾/王焕磊eScience energy：锌离子微电容器用叉指型MXene基电极综述

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研究背景

随着可穿戴、便携式电子设备及植入式医疗器件的飞速发展，柔性微型储能器件的需求日益迫切。柔性叉指型锌离子微型电容器（ZIMCs）因成本低、安全性高、储能性能优异成为研究热点，而二维 MXene 材料凭借独特的层状结构、超高电子电导率和高电荷存储能力，是制备 ZIMCs 叉指电极的理想材料。目前 MXene 基叉指型 ZIMCs 在电化学机理、电极结构设计等方面已取得诸多进展，但仍面临电极片堆叠、离子传输速率低、制备工艺适配性不足等挑战，且缺乏针对该领域的系统性综述总结，制约了其进一步的研发与应用。

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文章简介

中国海洋大学田维乾教授团队联合瑞典皇家理工学院、北京林业大学单位系统梳理了 MXene 基叉指型锌离子微型电容器的最新研究进展，从储能机理、电极制备技术、器件性能优化到现存挑战与未来展望进行全面阐述，相关综述论文以 “Interdigitated MXene-based electrodes for zinc-ion micro-capacitors” 为题发表于eScience Energy。中国海洋大学田维乾、王焕磊，北京林业大学陈胜，瑞典皇家理工学院 Mahiar Max Hamedi为该论文的共同通讯作者，中国海洋大学隋晓燕为该论文的第一作者。

图1 MXene基交叉指型ZIMCs的研究进展

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本文要点

1. 论述叉指型 ZIMCs 的储能机制与结构体系：归纳叉指型ZIMCs锌金属负极//电容型正极、电容型负极//电池型正极、对称电极三类核心构型，阐明各构型储能机理与性能特点；明确器件关键性能评价指标。

2. 系统梳理MXene 基叉指电极的制备技术：系统介绍直接墨水书写、丝网印刷、喷雾涂层、激光雕刻、电泳沉积五种MXene基叉指电极主流制备技术，对比各技术特性与适用场景；阐述各技术与MXene电极孔隙、表面化学等结构工程的协同优化策略，解决材料堆叠等固有缺陷。

3. 提出 MXene 基电极性能优化的核心策略：针对MXene基电极活性位点不足、离子传输受阻问题，提出表面官能团调控、层间距拓展、3D多孔结构构建、氧化还原活性物种引入等优化方法；发现MXene的正极-负极双适用性优势，为高集成度微型储能器件开发提供新的材料平台。

4. 剖析领域发展挑战并展望未来研究方向：指出MXene绿色规模化合成、电极可规模化制备、电极-电解质界面稳定性、器件封装技术适配性四大核心挑战；针对性提出开发绿色合成方法、突破3D打印功能墨水技术、构建动态协同凝胶电解质、研发生物相容可降解封装材料四大未来研究方向。

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图文导读

图2 ZIMC的结构和电化学机理示意图

图3墨水直写制造的MXene基电极、叉指型ZIMC及其性能表征

图4 丝网印刷制备的MXene基电极、叉指型ZIMC及其性能表征

图5 通过喷涂制造的MXene基电极、叉指型ZIMC及其性能表征

图6 通过激光蚀刻制造的MXene基电极、叉指型ZIMC及其性能表征

图7 通过电沉积制造的MXene基电极、叉指型ZIMC及其性能表征

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总结与展望

本文阐述 MXene 基叉指型锌离子微型电容器研发面临的核心问题，系统总结其储能机制、电极制备及性能优化的研究进展，同时指出该领域的后续研究与发展仍需聚焦四大方向：

1. 研发 MXene 绿色规模化合成与稳定化技术

2. 突破叉指电极高效可规模化制备工艺

3. 构建高稳定性的电极 - 电解质界面体系

4. 开发适配柔性器件的先进封装技术

图8 MXene基叉指型ZIMC的研究前景

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文章链接

Xiaoyan Sui, Xinyu Wang, Sheng Chen*, Mengyu Liu, Chunliu Zhu, Yue Zhu, Jingwei Chen, Jingyi Wu, Minghua Huang, Liming Zhang, Huanlei Wang*, Mahiar Max Hamedi di*, Weiqian Tian*. Interdigitated MXene-based electrodes for zinc-ion micro-capacitors. eScience Energy, 2026.

https://doi.org/10.1016/j.esen.2026.100032