综述：MXenes在储能应用中的回溯性发展综述

这篇综述深入探讨了MXenes（二维过渡金属碳/氮化物）在电化学储能领域的突破性进展。文章系统梳理了其从MAX相到功能化二维片层的结构演变，重点分析了表面化学调控（如—O/—F终止基团）、超高电导率（10,000 S/cm）对超级电容器（SCs）、锂/钠/锌离子电池（LIBs/SIBs/ZIBs）性能的提升机制，并提出通过复合构建（如碳纳米管杂化）和界面工程解决纳米片堆叠、环境氧化等产业化瓶颈。

　　

图形摘要

MXenes的演化历程通过视觉叙事生动呈现：从块体MAX相（如Ti₃AlC₂）经选择性蚀刻剥离，最终形成表面富含—OH/—O基团的单层Ti₃C₂T_x。示意图清晰展示了其在三电极体系中的快速电荷转移特性，以及作为锌离子电池负极时²⁺离子的嵌入/脱出路径。

摘要

作为新兴二维材料，MXenes凭借独特的层状结构和可调表面化学，在储能领域展现出三重优势：

1. 导电网络：本征金属导电性（8,000-10,000 S/cm）显著降低电极内阻；

2. 离子高速公路：层间间距（≈1.3 nm）和表面终止基团（—F/—Cl）协同促进Na⁺/Zn²⁺扩散；

3. 赝电容贡献：氧化还原活性位点（如Ti³⁺/Ti⁴⁺）在1 M H₂SO₄电解液中实现345 F/g比电容。

当前研究聚焦三大挑战：

• 环境稳定性：通过原子层沉积Al₂O₃涂层可将抗氧化寿命延长至30天；

• 规模化生产：流动床反应器实现公斤级Ti₃C₂T_x制备；

• 界面优化：PVDF-HFP凝胶电解质抑制Zn枝晶生长，使对称电池循环达5,000次。

冲突声明

作者声明无利益冲突，所有数据均来自公开文献。文章特别指出MXene基固态电池在-20°C低温下的容量保持率（＞80%）可能成为下一代储能突破口。