山东大学冯金奎教授，CEJ观点： MXene框架改性柔性、自支撑的无枝晶铁金属负极实现水系铁金属双离子电池

第一作者：张煜婵

通讯作者：冯金奎*

单位：山东大学

铁作为一种储量丰富，廉价且无毒的金属材料具有广泛的应用前景。铁金属电池因其成本低、资源丰富、安全可靠等优点被认为是最有前途的能源体系之一。同时，铁具有吸引人的电化学特性，通过双电子转移，铁具有约960 mAh g^-1的高比容量和约7557 mAh g^-1的高体积容量。然而，铁金属负极在重复循环过程中枝晶的生长限制了其性能，会产生内部短路和许多副反应，从而造成电池性能的快速衰减。

本文设计了一种新的MXene/Fe异质结构作为Fe金属电池的负极。MXene/Fe异质结构具有较好的柔性、亲水性好、电导率高等优点，能有效抑制铁枝晶的生成，加速铁沉积/剥离的动力学。进一步探讨了铁在MXene上的生长机理。此外，以有机聚苯胺为正极，MXene/Fe为负极的全电池展现了稳定的循环性能。

基于此，来自山东大学的冯金奎教授在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Flexible, free-standing and dendrite-free iron metal anodes enabled by MXene frameworks for aqueous Fe metal dual-ion batteries”的文章。该文章设计了一种新的MXene/Fe异质结构作为Fe金属电池的负极，实现无枝晶铁金属负极。

图1. 合成柔性MXene/Fe的示意图。

采用电沉积法制备了柔性自支撑的三维MXene/Fe异质结构作为铁金属电池的负极。开发了一种新型铁基电池负极，其能够有效的抑制铁枝晶的生成，从而获得长寿命铁负极。

要点二：利用柔性自支撑的MXene材料

MXene由于具有易组装、金属导电性高、机械性能优异，表面丰富官能团等固有优势，加速铁沉积/剥离动力学，促使铁均匀沉积，从而能有效改善铁枝晶问题。

要点三：采用聚苯胺作为全电池正极

采用聚苯胺有机材料作为正极，MXene/Fe为负极组装成水系有机铁金属双离子电池，展现出稳定的循环性能。

Flexible, free-standing and dendrite-free iron metal anodes enabled by MXene frameworks for aqueous Fe metal dual-ion batteries.

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.(2)、ACS Nano (7)、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater. (3)、Energy Stor. Mater. (4)、Nano Today、Nano Energy (2)等期刊发表 SCI 论文80余篇，其中 IF>10 的30余篇。正面他引超过8000次，高被引论文 16 篇。

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