室溫鈉硫電池因其超高的儲能容量和極低的成本而引起了研究人員的關注，但其較差的循環(huán)性能和嚴重的多硫化鈉溶解阻礙了其實際應用。在這里，報道了一種基于氫氧化鎳的穩(wěn)定的MXene衍生的復合硫主體材料，其表面涂有碳納米網(wǎng)絡，以實現(xiàn)多硫化鈉的吸附和轉化。由于封閉層狀結構提供的物理約束以及MXene吸附和Ni(OH)2催化活性的協(xié)同效應，穿梭效應被有效抑制。反應后電極的原位分析表明，復合材料對多硫化物具有較強的吸附作用。此外，Ni(OH)2還能加速硫向硫化鈉的反應過程。因此，Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S復合正極在0.22C下經(jīng)過100次循環(huán)后可提供非凡的可逆容量1175.3mAh/g，并具有優(yōu)異的長循環(huán)穩(wěn)定性（2.2C下673.5mAh/g，衰減率僅為800 個周期內(nèi)每個周期 0.032%）。
Fig 1. Ti3C2TX/Ni(OH)2/C 混合物的制造。 a）3D Ti3C2TX/Ni(OH)2/C復合材料的整體制備過程。 b) Ti3C2TX MXene ,c)Ti3C2TX/Ni(OH)2/C的 SEM 圖 。 d) TEM 和 e) Ti、Ni、C、O 的 EDS 元素圖。 f) 氮等溫線和g) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C 的孔徑分布曲線。
Fig 2.Ti3C2TX/Ni(OH)2/C 復合材料和對照樣品的表征。 (a) XRD 譜。 b) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C、Ni(OH)2 和 Ti3C2TX 的拉曼曲線。 (c) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S 的熱重分析 (TG) 曲線。 d) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C 復合材料的 XPS 測量光譜以及 e) Ni 2p、f) Ti 2p 和 g) O 1s 的高分辨率光譜。
Fig 3. Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S 和對照樣品作為 RT Na-S 電池陰極的電化學表征。在 0.5–2.8 V 電壓范圍內(nèi)，a) 0.2 mV s
-1 時的 CV 曲線。 b) 0.22C恒流充放電電壓分布曲線。 c) 0.22C 下的循環(huán)性能。 d) 評價績效。 e) 2.2 C 下的循環(huán)性能。
Fig 4. 電化學動力學機制。 a) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S復合陰極在 0.2–1.2 mV s
-1 時的 CV 曲線. b) 掃描速率為 0.2 mV s
-1 時的 CV 曲線比較. c) 0.22C 下的充放電電壓曲線。 d) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S、Ni(OH)2/C/S、Ti3C2TX/S 的 EIS 曲線。 e) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S 的 GITT 電位分布和 Na
+ 擴散系數(shù)。 f) 純 Na
2S
6 溶液以及添加了復合材料和對照樣品的溶液的照片和相應的 UV vis（紫外/可見）光譜。
Fig 5. 機制的表征。 a）含有Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S正極的RT Na-S電池在0.22C下的第三次恒電流充放電曲線以及相應的異位XRD圖案。 b) 30 個循環(huán)后陰極上的 XRD 圖案。 Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S 雜化材料 30 次循環(huán)后的 c) Ni 2p 和 d) S 2p 的高分辨率 XPS 譜圖。
相關研究工作由吉林大學Wei Han課題組于2023年在線發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》期刊上，3D layered structure Ti3C2Tx MXene/Ni(OH)2/C with strong catalytic and adsorption capabilities of polysulfides for high-capacity Sodium–Sulfur battery。
原文：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144528。
轉自《石墨烯研究》公眾號
