MXenes for Rechargeable Batteries Beyond the Lithium‐Ion

MXenes公司 材料科学 纳米技术 分离器(采油) 阳极 电极 锂离子电池的纳米结构 氮化物 电池(电) 图层(电子) 化学 量子力学 热力学 物理 物理化学 功率(物理)
作者
Fangwang Ming,Hanfeng Liang,Gang Huang,Zahra Bayhan,Husam N. Alshareef
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (1) 被引量:277
标识
DOI:10.1002/adma.202004039
摘要

Abstract Research on next‐generation battery technologies (beyond Li‐ion batteries, or LIBs) has been accelerating over the past few years. A key challenge for these emerging batteries has been the lack of suitable electrode materials, which severely limits their further developments. MXenes, a new class of 2D transition metal carbides, carbonitrides, and nitrides, are proposed as electrode materials for these emerging batteries due to several desirable attributes. These attributes include large and tunable interlayer spaces, excellent hydrophilicity, extraordinary conductivity, compositional diversity, and abundant surface chemistries, making MXenes promising not only as electrode materials but also as other components in the cells of emerging batteries. Herein, an overview and assessment of the utilization of MXenes in rechargeable batteries beyond LIBs, including alkali‐ion (e.g., Na + , K + ) storage, multivalent‐ion (e.g., Mg 2+ , Zn 2+ , and Al 3+ ) storage, and metal batteries are presented. In particular, the synthetic strategies and properties of MXenes that enable MXenes to play various roles as electrodes, metal anode protective layers, sulfur hosts, separator modification layers, and conductive additives in these emerging batteries are discussed. Moreover, a perspective on promising future research directions on MXenes and MXene‐based materials, ranging from material design and processing, fundamental understanding of the reaction mechanisms, to device performance optimization strategies is provided.
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