Metallophilic Non‐van der Waals Roll‐ups Engineered for Long‐Life Metal Batteries

材料科学 范德瓦尔斯力 阳极 悬空债券 阴极 箔法 复合材料 金属 过渡金属 制作 热稳定性 复合数 电极 阳极连接 极限抗拉强度 碳化物 化学键 纳米技术 扩散阻挡层 表面改性 累积滚焊 毛细管作用 化学稳定性 化学工程 金属键合
作者
Xinzao Wu,Qi Zhao,Yuxuan Gao,Ziming Wang,Yuxuan Ye,Shubin Yang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (8): e20347-e20347
标识
DOI:10.1002/adma.202520347
摘要

Abstract Metal hybrid electrodes are promising for high‐energy‐density batteries owing to their high theoretical capacities. However, their practical employment is hampered by the inherent incompatibility between molten metals and composite materials resulting from the high surface tensions. Herein, unique metallophilic non‐van der Waals (non‐vdW) roll‐ups of transition metal carbides are produced via metal‐bonding adjacent atomic layers in scrolled MXenes, featuring a nano‐sized hollow structure and abundant surface dangling bonds as well as remarkable thermal stability up to 800 °C. These features enable the formation of chemical bonding and strong capillary forces between the non‐vdW roll‐ups and molten metals such as Li, Ga, Mg, and their alloys, leading to the unexpected metallophilic property. As a result, the surface tensions of metal‐based composites are significantly reduced, facilitating the fabrication of thin metal hybrid foils with high mechanical tensile strengths. For instance, a Mg foil incorporated with non‐vdW Al‐V 2 CT x roll‐ups exhibits a high tensile strength up to 204 MPa, ≈2 times that of bare Mg. When employed as an anode in magnesium batteries, the full cell coupled with the Mo 6 S 8 cathode delivers long‐term cycling stability with ≈90.0% capacity retention after 500 cycles at 1 C, attributed to the low diffusion resistance of the hybrid electrode.
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