2DM编辑优选：二维材料用于水系锌离子电池

图1 二维材料在水系 ZIB 正极和负极设计中的应用

该综述主要介绍了各种二维材料在水系锌离子电池正极和负极设计中的应用及最新进展（图1）。

二维材料广泛用于水系锌离子电池的正极设计，主要包括过渡金属氧化物（TMOs）和过渡金属硫化物（TMDs）、石墨烯以及MXenes。由于它们性质不同，这些二维材料可以作为水系锌离子电池正极中的活性材料或导电添加剂。层状TMOs（MnO₂和V₂O₅）和TMDs（VS₂和MoS₂）具有高价过渡金属中心和大晶格间距，可以用作高容量的电池活性材料。此外，丰富的二维扩散通道可以改善Zn²⁺在其中的传输动力学。而石墨烯和MXenes具有优异的导电性和高比表面积，可以作为活性材料的导电骨架。通过调控二维材料在正极中的分布，可实现高导电网络，进而增强正极的电子转移动力学。

二维材料还可以应用于水系锌离子电池负极保护，解决枝晶生长、析氢和钝化等问题。石墨烯和MXenes具有优异的导电性和大的比表面积，可用作人工界面层或基底，以避免电荷积累并均匀表面电荷分布，从而实现均匀的锌沉积。此外，一些二维材料由于具有高比表面积和开放的二维离子通道，也可用于构建人工界面层，以重新分配Zn²⁺浓度场并增强Zn²⁺扩散。

研究背景：

水系锌离子电池因其高安全性和低成本，被认为是理想大规模储能器件之一。二维材料具有高比表面积、丰富的离子传输通道和活性位点等特点，近年来，被广泛应用于水系锌离子电池电极设计。它们不仅可以作为正极中的活性材料和导电添加剂，还可以用作锌负极的人工界面层或导电基底。本综述简要讨论了水系锌离子电池存在的问题和二维材料的独特性质，并且重点介绍了各种二维材料在水系锌离子电池正极和负极设计中的最新进展，主要包括过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、石墨烯和MXenes等。最后，该综述讨论了二维材料在应用于水系锌离子电池中面临的挑战和前景。

牛志强  研究员

南开大学

• 牛志强，南开大学化学学院研究员，博士生导师。主要从事水系可充电池材料与器件研究，已发表论文130余篇，论文他引10000 余次。先后获得国家高层次人才引进计划青年项目、国家自然科学基金委优秀青年基金、天津市杰出青年科学基金和天津青年五四奖章。