近日，江西科技师范大学化学学部蒋剑霞副教授团队在国际权威期刊《Advanced Science》上发表了题为“Activation the Pseudocapacitive Behavior of MXene/PANI for High-Performance Ammonium-Ion Batteries”的最新研究成果。

水系铵离子电池（AAIBs）作为一种新型非金属离子电池体系，在安全性、环境友好性和资源可持续性等方面表现出巨大的应用潜力及优势，但是开发兼具高NH₄⁺存储容量与快速可逆的离子传输特性的高效正极材料仍面临巨大挑战。

图1. 质子对复合材料赝电容的影响和NH₄⁺/H₃O⁺共储存机理

本研究设计并构建了一种基于金属空位MXene（Mo₄/₃CT_z）与聚苯胺（PANI）复合的高性能质子调控型铵离子储能材料Mo₄/₃CTₓ/PANI。在Mo_4/3CTz与PANI质量比为5:1的条件下，聚苯胺纳米片以垂直方式均匀排列于MXene表面，该结构不仅有效拓宽并稳定了MXene的层间结构，还在垂直方向构建了有利于NH₄⁺扩散的高速离子传输通道。通过在1 M (NH₄)₂SO₄电解液中引入0.1 M H₂SO₄，协同激活了赝电容响应，这种质子辅助调控机制实现了NH₄⁺/H₃O⁺的快速可逆共嵌入。实验结果与密度泛函理论（DFT）分析均表明：质子掺杂显著提升了PANI的电子电导率，并在循环过程中诱导可逆的Mo⁶⁺/Mo⁵⁺氧化还原转变，该过程动态调控了NH₄⁺的吸附能（从-4.155 eV增至-4.567 eV），从而协同促进NH₄⁺的嵌入/脱出。基于此，Mo₄/₃CTₓ/PANI复合材料在0.1 A g⁻¹电流密度下可获得245 mAh g⁻¹的高比容量，且在1.0 A g⁻¹下循环11,000次后容量保持率高达84.2%。此外，MnO₂/CNTs||M:P = 5:1全电池展现出81.6 Wh kg⁻¹的高能量密度和16,000 W kg⁻¹的功率密度。本工作通过质子增强的离子存储机制，为推进MXene基电极设计提供了一种创新策略，为高性能AAIBs的发展开辟了新路径。

本文第一作者为江西科技师范大学化学化工学院2023级硕士研究生李业盈，通讯作者为瑞典林雪平大学秦磊强、江西科技师范大学蒋剑霞，第一通讯单位为江西科技师范大学。该项目得到江西省自然科学基金（20224BAB214022）、江西省学科技术与带头人青年项目（20243BCE51085）、赣鄱英才支持计划海外高层次人才项目（20242BCE50017）、江西科技师范大学博士研究启动基金（2022BSQD08）等项目的支持。

原文链接：http://doi.org/10.1002/advs.202511815