先進的高性能エネルギー貯蔵技術におけるMXene：合成、特性、応用、および課題

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Materials scientists and engineers can adopt the unified framework for designing sustainable MXene-based energy storage devices.

🏢実務担当者:Companies in battery and supercapacitor manufacturing can leverage the green synthesis methods and structural designs outlined to reduce production costs and environmental footprint.

抄録 再生可能エネルギーへの世界的な移行は、従来の電気化学的貯蔵の効率性、安全性、環境的限界によって隘路となっている。MXeneは二次元の遷移金属炭化物および窒化物である。それらは、その卓越した電気伝導性と調整可能な表面化学により、変革的な代替手段を提供する。しかしながら、その商業的実現可能性は、危険な合成経路、酸化不安定性、そしてイオン輸送を制限するナノシートの再積層といった主要な痛点によって深刻に妨げられている。急速に拡大する文献群にもかかわらず、既存のレビューは主にMXeneの合成とデバイス性能を個別に評価している。本レビューは、グリーン合成と生体模倣アーキテクチャの交差点に特に焦点を当てた統一的な枠組みを提供する。このアプローチは、自然界に着想を得た設計がどのようにしてMXeneの構造的隘路とより広範な環境問題を同時に解決できるかについて独自の視点を確立する。本稿は、有毒なトップダウンエッチングから、スケーラブルでフッ素フリーかつバイオ由来の合成法への移行を体系的に評価する。我々は、農業バイオマスの利用が費用対効果を最大化しながら競争力のある電気化学的性能を達成する方法を強調する。さらに、生体模倣構成（真珠層に着想を得たレンガとモルタルの積層、ハニカム多孔性、木材の維管束チャネル）がどのように再積層を直接的に緩和するかを厳密に分析する。これらの設計は電荷輸送を大幅に強化し、優れた比容量、エネルギー密度、およびサイクル安定性をもたらす。導電性添加剤と数理モデリングフレームワークの統合は、これらの構造的改善を理論的最適化にさらに基づかせる。最後に、経済的実現可能性と製造のスケーラビリティにおける進行中の課題に立ち向かうことにより、本レビューは電気自動車とグリッド貯蔵のための商業的実装経路を概説する。これらの経路は、人工知能と循環経済原則の最近の進歩によって独自に強化され、次世代の持続可能なMXene技術のための包括的なロードマップを確立する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

ABSTRACT The global transition to renewable energy is bottlenecked by the efficiency, safety, and environmental limitations of conventional electrochemical storage. MXenes are two‐dimensional transition‐metal carbides and nitrides. They offer a transformative alternative due to their exceptional electrical conductivity and tunable surface chemistry. However, their commercial viability is severely hindered by key pain points: hazardous synthesis routes, oxidative instability, and nanosheet restacking that restricts ion transport. Despite a rapidly expanding body of literature, existing reviews predominantly evaluate MXene synthesis and device performance in isolation. This review provides a unified framework focused specifically on the intersection of green synthesis and biomimetic architecture. This approach establishes a unique perspective on how nature‐inspired designs can simultaneously resolve MXene's structural bottlenecks and broader environmental concerns. This article systematically evaluates the transition from toxic, top‐down etching to scalable, fluoride‐free, and bio‐derived synthesis methods. We highlight how utilizing agricultural biomass achieves competitive electrochemical performance while maximizing cost‐effectiveness. Furthermore, we rigorously analyze how biomimetic configurations (nacre‐inspired brick‐and‐mortar layering, honeycomb porosity, and wood vascular channels) directly mitigate restacking. These designs significantly enhance charge transport, yielding superior specific capacitance, energy density, and cyclic stability. The integration of conductive additives and mathematical modeling frameworks further grounds these structural improvements in theoretical optimization. Finally, by confronting ongoing challenges in economic feasibility and manufacturing scalability, this review outlines commercial implementation pathways for electric vehicles and grid storage. These pathways are uniquely augmented by recent advances in artificial intelligence and circular economy principles and establish a comprehensive roadmap for next‐generation, sustainable MXene technologies.

• openalex https://doi.org/10.1002/bte2.70133first seen 2026-07-17 04:49:32