卤化物水溶液氧化还原电池具有高安全性和高成本效益的优点，是解决间歇性能源问题的理想选择。然而，由于具有流动性和危险的腐蚀性，绝缘性活性物质（Br2）几乎很难被约束在传统的导电载体（主要是碳材料），以实现有效的氧化还原而没有穿梭效应。因此，很难开发出先进的固定式Br2基储能器件。2D MXenes具有优异的亲水性、局部手风琴状微结构、丰富的表面端基和优异的导电性，在理论上与可以与Br2相容，便于转化过程所需的有效电子传输。
有鉴于此，香港城市大学支春义教授，Jun Fan报道了一种有效的电沉积策略，以实现Br2均匀插入到Ti3C2TX MXene主体的层间空间中（Br- Ti3C2TX）。
文章要点
1）首先经过刻蚀后，Al的去除和表面端基的产生在Ti3C2TX MXene中引入了排列的层间间隙。然后以ZnBr2水溶液为Br源，在电场的驱动下，将游离的Br-离子填充到Ti3C2TX正极的内部纳米孔中，然后失去电子，在高电位下转变为中性的Br2。与直接利用具有大半径的强腐蚀性Br2相比，该方法更安全，更有效。通过电化学分析和密度泛函理论（DFT）模拟，研究人员证实了Br0/Br−对的直接氧化还原作用。更重要的是，得益于Ti3C2TX MXene对Br物种的限域效应和天然亲和力，穿梭效应得到有效抑制。
2）实验结果表明，在与锌负极相匹配时，Br−Ti3C2TX正极在1 M三氟甲磺酸锌（Zn(OTf)2）电解液中可以长期循环，2000次循环后容量保持率达81%。值得注意的是，整个氧化还原过程是一步完成，在离子和元素态之间进行循环，并释放出高达1.75 V的放电平台，接近理论值（1.84 V vs Zn2+/Zn）。有效的电子传导实现了优异的倍率性能，在0.5 A和4.0 A g-1下的容量分别为179.6和136.5 mAh g-1，最高能量密度达到259 Wh kg−1Br（144Wh kg−1Br-Ti3C2Tx）。此外，基于抗冻电解质，研究人员揭示了Br−Ti3C2TX在低温条件下具有快速转化动力学的氧化还原化学特性。即使在-15 °C下，容量也可以保持在室温下的69％。更重要的是，在−15 °C下循环寿命达到10000次，没有明显的容量衰减，远远优于任何已报道的Zn//Br2和Zn//I2水溶液电池。
参考文献
Xinliang Li, et al, Confining Aqueous Zn−Br Halide Redox Chemistry by Ti3C2TX MXene, ACS Nano, 2021
DOI: 10.1021/acsnano.0c09380
https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c09380
