仿生梯度纳米限域MXene电极：多尺度互联架构实现超高面电容储能

针对厚电极中离子传输效率低的关键难题，研究人员受竹膜分级网络结构启发，设计出梯度纳米限域MXene电极(GNC-MX)。通过耦合多尺度层间距与面内介孔结构，结合原位去质子-再质子化策略调控层间通道，开发可规模化生产的群焊工艺，最终实现400 μm厚电极20.7 F cm?2的超高面电容，为储能系统离子纳米限域提供了可调控的仿生平台。

　　

自然界中竹膜的层级网络结构为电化学储能材料设计提供了绝妙灵感。面对厚电极离子传输路径长、结构整合性差的科学难题，研究者创新性地构建了梯度纳米限域MXene电极(Gradient Nanoconfined MXene, GNC-MX)。这种仿生设计精妙融合了多尺度层间间距调控与面内介孔桥接技术，形成纵横协同的离子传输高速公路。

有限元模拟和密度泛函理论计算揭示，梯度纳米限域通道与面内介孔可协同优化离子传输动力学。相较于传统MXene材料，GNC-MX电极展现出显著提升的电荷存储性能。研究团队更开发出原位去质子-再质子化策略，通过增强静电排斥、削弱氢键和范德华力，实现离子传输通道的准永久性扩张。

突破性的群焊制备技术成功制备出400微米厚电极，其20.7 F cm^?2的面电容刷新了MXene基电极纪录。这项研究不仅为能源存储系统提供了可扩展的离子纳米限域平台，更开创了仿生结构设计在电化学领域应用的新范式。