深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院Peixin Zhang等--三明治狀MXene橋接異質(zhì)結(jié)構(gòu)電極使水鋅離子電池具有抗聚集和優(yōu)越的存儲(chǔ)能力

嚴(yán)重的聚集和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢是影響水性鋅離子電池正極材料存儲(chǔ)性能的主要研究挑戰(zhàn)。在這項(xiàng)工作中，我們報(bào)告了三明治狀Ti₃C₂T_x MXene橋接VO₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)(VO₂/Ti₃C₂T_x)的設(shè)計(jì)概念，以同時(shí)緩解自聚集和提高界面存儲(chǔ)動(dòng)力學(xué)。當(dāng)VO₂/Ti₃C₂T_x電極作為陰極材料時(shí)，經(jīng)過(guò)110次循環(huán)后，在0.1 A g^-1的比容量為415 mAh g^-1，經(jīng)過(guò)300次循環(huán)后，在1 A g^-1的比容量為338 mAh g^-1，遠(yuǎn)高于純VO₂的比容量。此外，該電極還表現(xiàn)出顯著的速率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，在5 A g^-1的高電流密度下，1500次循環(huán)后仍能保持170 mAh g^-1的比容量。其優(yōu)越的存儲(chǔ)性能主要得益于混合維度的異構(gòu)工程。此外，還研究了電極在循環(huán)過(guò)程中晶體結(jié)構(gòu)和價(jià)態(tài)的演變，從而揭示了一種存儲(chǔ)機(jī)制。即單一的VO₂相轉(zhuǎn)變?yōu)閂O₂和Zn_xV₂O₅·nH₂O的混合相，具有高度可逆的H⁺/Zn²⁺插入/萃取行為。本研究提出的策略也可應(yīng)用于其他類(lèi)型的正極材料，并促進(jìn)水性鋅離子電池的發(fā)展。

圖1. 夾心式MXene橋接異質(zhì)結(jié)構(gòu)概念的示意圖。

圖2. 形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征。

圖3. VO₂、Ti₃C₂T_x和VO₂/Ti₃C₂T_x電極的電化學(xué)性能測(cè)試。

圖4. VO₂和VO₂/Ti₃C₂T_x電極的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究。

圖5. VO₂/Ti₃C₂T_x電極循環(huán)后結(jié)構(gòu)演變研究。

圖6(a) V 2p和(b) Zn 2p在初始循環(huán)中的外原位XPS光譜。VO₂/Ti₃C₂T_x電極在(c)放電至0.2 V和(d)充電至1.7 V第10個(gè)循環(huán)后的HRTEM圖像。(e)在50次和100次循環(huán)后VO₂/Ti₃C₂T_x電極的非原位XRD圖案。VO₂/Ti₃C₂T_x電極在(f)第50次充電至1.7 V、(g)第100次充電至1.7 V后的V 2p XPS譜。(h)循環(huán)時(shí)VO₂/Ti₃C₂T_x電極的相演化示意圖。

相關(guān)科研成果由深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院Peixin Zhang等人于2023年發(fā)表在Applied Surface Science（https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.157727）上。原文：Sandwich-like MXene bridged heterostructure electrode enables anti-aggregation and superior storage for aqueous zinc-ion batteries。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)



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