近日，大連化物所催化基礎國家重點實驗室二維材料化學與能源應用研究組（508組）吳忠帥研究員團隊與李先鋒研究員、鄭瓊副研究員團隊，中國科學技術大學余彥教授團隊合作，發展了一種三維柔性、高導電、親堿性金屬的MXene/三聚氰胺多孔氣凝膠新材料，有效調控了堿金屬與三維框架載體間的表界面化學，獲得了高倍率、高容量、無枝晶堿金屬（鋰、鈉、鉀）負極，并構筑出高比能、長壽命堿金屬電池。

　　堿金屬具有高理論比容量（Li：3680 mAh g-1；Na：1165 mAh g-1；K：687 mAh g-1）和低氧化還原電位（Li：-3.04 V；Na：-2.71 V；K：-2.93 V vs. SHE）而被認為是下一代高能量密度電池的理想負極材料。但由于其存在不可控的枝晶生長以及充放電過程堿金屬體積膨脹大等問題，導致堿金屬循環性能差、安全性能低，大大限制了堿金屬負極在全電池中的實際應用。因此，設計一種具有高機械強度的輕質、柔性、導電骨架，同時能夠實現在大電流密度和高容量條件下工作無枝晶產生的堿金屬負極，是目前突破堿金屬電池應用瓶頸的一種有效方法。

三維MXene-三聚氰胺泡沫用于高電流密度、高容量堿金屬電極的原理圖

     該團隊開發出一種輕質柔性的三維MXene/三聚氰胺多孔泡沫材料，具有良好的親堿金屬表面、快速的電子和離子傳輸通道以及優異的機械強度，將其用作堿金屬（鋰、鈉、鉀）的載體，有效抑制了堿金屬負極的枝晶生長和體積變化。該復合電極實現了鋰負極在50 mA cm^-2的高電流密度和50 mAh cm^-2面容量下的穩定工作，并且鈉負極實現了20 mA cm^-2的高倍率和20 mAh cm^-2的高面容量。李先鋒、鄭瓊團隊開展了堿金屬電池內多物理場耦合下的模擬計算研究，結果表明，該復合電極能夠有效提高固液相界面濃度分布的均勻性，顯著降低界面反應電流密度，從而引導堿金屬離子在MXene骨架上均勻沉積，抑制枝晶的生成。將該金屬負極應用到鋰硫、鈉/磷酸釩鈉全電池中，顯著提高了全電池的循環壽命和倍率性能。這種柔性高導電性、親堿金屬的三維多孔電極結構的設計策略為構建高能量密度、長循環壽命的堿金屬電池提供了新的思路。

　　相關研究成果發表在《美國化學會 納米》（ACS Nano）上。上述工作得到了國家重點研發計劃項目、中科院潔凈能源創新研究院項目等資助。