鈉離子電池帶動MXene負極材料研究熱度上升

        Mxene是二維過渡金屬碳/氮化物，結(jié)構(gòu)類似于石墨烯，是一種二維的納米材料，一般是通過選擇性蝕刻掉MAX相中的A原子來制備。二維層狀MXene具有高導(dǎo)電性、強耐腐蝕性和可塑性以及大比表面積，且可以通過化學(xué)反應(yīng)進一步修飾其表面性質(zhì)。

        鈉在地殼中含量豐富且分布均勻，成本低廉，是替代鋰離子電池的理想選擇。但Na+原子半徑和離子半徑較大，阻礙了傳質(zhì)過程，嚴重影響了鈉離子電池的實際應(yīng)用。MXene可以提供更多Na+活性位點，提高Na+擴散速率，同時，MXene層狀結(jié)構(gòu)提供了容納Na+的空間，適應(yīng)鈉離子電池負極材料的應(yīng)用需求。

       MXene材料的結(jié)構(gòu)類似于石墨烯的二維納米材料，但制備方法不同于石墨烯。MXene材料的制備方法主要有兩種：一種是自上而下的刻蝕輔助剝離法，一般是利用氫氟酸或是其它強酸與氟化鹽的混合物，通過選擇性地刻蝕某些原子層，從MAX相中分離出來得到MXene。另一種是自下而上的制備方式，例如化學(xué)氣相沉積（CVD）和原子層沉積（ALD）等。

        根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2024-2028年中國MXene負極材料市場行情監(jiān)測及未來發(fā)展前景研究報告》顯示，根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，MXene材料有單層和多層之分，一般多層MXene材料的生產(chǎn)相對容易，價格也遠低于單層MXene材料的價格。MXene材料存在成品率低、價格昂貴、無法工業(yè)化量產(chǎn)等缺點，阻礙著其大規(guī)模的應(yīng)用，導(dǎo)致下游用戶對其認知程度不高，認知程度遠低于具有更高成熟度、可靠度的石墨烯材料。

        MXene材料層狀結(jié)構(gòu)可以提供大量的Na+活性位點，自適應(yīng)充放電過程中的體積變化，從而提高鈉離子電池的性能。純MXene材料作為鈉離子電池負極材料時，實際容量與理論容量差距較大，但循環(huán)性能優(yōu)異。MXene材料的實際可逆容量為100 mA·h/g，在0.2 A/g電流密度下循環(huán)1000次后仍保持68.3 mA·h/g的容量，每個循環(huán)僅衰減0.015%。

        此外，MXene片層極易氧化，其中的鈦碳鍵會轉(zhuǎn)化為TiO2和碳，嚴重影響Na+的存儲活性。因此，MXene材料需要進行優(yōu)化改性，在保持原有優(yōu)勢的基礎(chǔ)上強化結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、提高比容量。MXene作為鈉離子負極材料的優(yōu)化改性方法主要包括調(diào)控形貌結(jié)構(gòu)、雜原子摻雜、多種材料復(fù)合等。

        新思界產(chǎn)業(yè)研究人士認為，目前，多種基于MXene材料的電極已經(jīng)應(yīng)用于鈉離子電池負極的研究中，并取得了令人滿意的研究成果。未來，MXene負極材料在鈉離子電池方面的應(yīng)用潛力將逐漸釋放。

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