山东大学冯金奎教授Materials Today：总结了MXenes在电池隔膜中的应用

第一作者：安永灵，田园

通讯作者：冯金奎*

单位：山东大学

隔膜是电池的重要组成部分，对电化学性能起着关键作用。因此，隔膜工程是构建更好的能量存储和转换系统方法之一。MXenes是一类新型二维过渡金属氮化物、碳化物和碳氮化物，具有独特的性能，例如高的导电性、大的表面积、亲水性、丰富的表面化学官能团和优异的机械性能。将其用于隔膜的改性材料时，可获得良好的效果。自2020年以来，相关的研究已经显著增加。然而，对这一主题的回顾仍然罕见。

基于此，山东大学冯金奎教授在《Materials Today》上发表题为“MXenes for advanced separator in rechargeable batteries”的综述性文章。

首先，总结了MXenes的基本原理，包括组成、合成技术和功能化。随后，介绍了关于隔膜设计及其优化的基本信息。然后，回顾了MXenes在隔膜工程中的应用及其在可充电池中的应用。最后，提出了MXenes基隔膜在可充电池中进一步发展的前景和挑战。这篇综述将有助于研究人员设计和构建用于电池、超级电容器、燃料电池等的功能性隔膜。

图1 过去十年的出版物和引用数量、改性隔膜的各种MXenes基材料的比较、MXenes修饰隔膜在储能领域的应用比较、MXenes修饰隔膜的总结

图2 MXene修饰隔膜在储能领域的概述

图3 最近开发的基于MXenes材料设计的隔膜的发展历程

图4 隔膜及MXenes的未来发展方向

一、这篇综述系统总结了MXenes在可充电池隔膜中的最新进展，还提出了进一步发展MXenes基隔膜的前景和挑战。

为此，MXenes基隔膜的未来研究方向如下：

1) 开发更多种类MXenes；

2) 探索MXenes的绿色合成方法；

3) 探测MXenes的表面化学；

4) 提高MXenes的稳定性；

5) 构建MXene的杂原子掺杂；

6) 利用杂化MXenes；

7) 设计多功能涂层的隔膜；

8) 探索隔膜与电池性能之间的关系；

9) 开发新型中间层；

10) 平衡隔膜的各项性能；

11) 评估实际应用潜力；

12) 扩展应用领域；

13) 结合先进技术。

本文总结了MXenes的基本原理，包括组成、合成技术和功能化。随后，介绍了关于隔膜设计及其优化的基本信息。然后，回顾了MXenes在隔膜工程中的应用及其在可充电池中的应用。最后，提出了MXenes基隔膜在可充电池中进一步发展的前景和挑战。这篇综述将有助于研究人员设计和构建用于电池、超级电容器、燃料电池等的功能性隔膜。

冯金奎 教授，山东大学材料科学与工程学院教授，博士生导师，国家高层次青年人才入选者，山东省泰山学者青年专家，山东省杰青，钱逸泰院士团队成员。

主要研究方向，二次电池关键材料。近五年以通讯作者在Energy Environ. Sci.、ACS Nano、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater、Energy Storage Mater、Nano Today. Nano Energy等期刊发表sci论文80余篇，正面他引超过8000次，高被引论文16篇。

研究方向为高安全和高能量密度电极材料的可控制备及性能与机理研究，以第一作者在国际顶刊Materials Today、Nano Today、Advanced Functional Materials、Nano Energy、Energy Storage Materials、ACS Nano发表SCI论文20余篇，累计他引1300余次，其中ESI论文3篇。申请专利50余项，授权23项（yonglingan@126.com）。

主要围绕高能量密度电极和MXene基材料研究改善锌离子电池/锌金属电池/钾离子电池/锂离子电池性能的机理、方法和新材料，近期最新成果发表在Materials Today, Advanced Energy Materials (封面), Energy Storage Materials, Nano Energy, ACS Nano等国际知名杂志上，其中ESI高被引论文3篇，获授权国家发明专利6项 (tysdu_edu@163.com)

MXenes for advanced separator in rechargeable batteries, Yongling An1, Yuan Tian1, Jinkui Feng*, Yitai Qian

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