水基鋅離子電池(AZIBs)的實(shí)際應(yīng)用受到枝晶生長和副反應(yīng)的阻礙。本文設(shè)計(jì)了一種界面梯度異質(zhì)結(jié)構(gòu)保護(hù)層(MXene/ZnSe) ，包括導(dǎo)電 MXene 納米片和半導(dǎo)體 ZnSe 納米顆粒，用于重構(gòu)鋅陽極表面。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)表明，界面梯度可以重新排列能帶，促進(jìn)電子/離子轉(zhuǎn)移。該保護(hù)層不僅緩解了鋅陽極的腐蝕，而且誘導(dǎo)了均勻的鋅沉積。因此，精細(xì)的梯度異質(zhì)結(jié)構(gòu)使得 MXene/ZnSe@Zn 對稱細(xì)胞在20mA cm-2下具有超過7700個循環(huán)的優(yōu)異長壽命，超過了文獻(xiàn)中報(bào)道的大多數(shù)基于 MXene 的相關(guān)材料。當(dāng)與商用 V2O5配對時(shí)，MXene/ZnSe@Zn//V2O5電池在5A/g 時(shí)達(dá)到230mAh/g 的特殊容量。這項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)具有強(qiáng)界面效應(yīng)的多功能梯度異質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了一種新的有力的策略。
圖1. A) SEM、b) TEM、c) HRTEM、d) SAED和 e) MXene/ZnSe 的元素圖。f)樣品的XRD 圖譜。g) Ti 2p、h) Zn 2p 和 i) O 1 s 的高分辨率 XPS 光譜。
圖2. a) ZnSe 和 b) MXene/ZnSe 的 DOS。c) MXene/ZnSe 的不同電荷密度的側(cè)視圖。d）金屬M(fèi)Xene和半導(dǎo)體ZnSe接觸前后的能帶圖，其中E vac、E F、E c、E v和Φ分別代表真空能、費(fèi)米能級、導(dǎo)帶、價(jià)帶和功函數(shù)。e）電解質(zhì)與不同陽極之間的接觸角圖像。f) SEM 和 g) MXene/ZnSe@Zn 的元素分布圖。h)不同陽極的Zn 2+遷移數(shù)。
圖3. a）不同對稱電池的循環(huán)性能。b) 放大圖顯示了詳細(xì)的電壓曲線。c) 額定性能和 d) 不同電流密度下相應(yīng)的電壓遲滯。e) MXene/ZnSe@Zn對稱電池在20 mA cm -2下的循環(huán)性能。f) 與之前報(bào)道的基于 MXene 的對稱電池的循環(huán)壽命比較。gh) 具有85%高 DOD Zn的不同對稱電池的電鍍/剝離曲線。
圖4. A) Zn 沉積過程的 ce。b) MXene@ZnSe@Cu 的電壓曲線。c）循環(huán)后各種電極的XRD圖譜。d) 計(jì)算出的 Zn 原子在裸 Zn (0 0 2)、ZnSe (1 1 1) 和 MXene (0 0 2) 基板上的結(jié)合能的總結(jié)。e)純鋅和 MXene/ZnSe@Zn 電極上鍍鋅的原位光學(xué)顯微鏡可視化。f) 純 Zn 和 g) MXene/ZnSe@Zn 電極經(jīng)過 50 次循環(huán)后的俯視 SEM 圖像。h) 純 Zn 和 i) MXene/ZnSe@Zn 的電場分布模型。
圖5. a) Zn 和 b, c) MXene/ZnSe@Zn 上的鍍鋅行為示意圖。
圖6. a) 0.1 mV s -1下的 cv 曲線和 b) 全電池的倍率性能。c) MXene/ZnSe@Zn||V 2 O 5電池的GCD曲線??。d) 長期循環(huán)性能和 e) 5 A/g 下的 GCD 曲線。f) AZIBs軟包電池的配置示意圖。g) MXene/ZnSe@Zn||V 2 O 5軟包電池的循環(huán)性能。插圖顯示了由我們的 AZIB 軟包電池供電的 LED。
相關(guān)科研成果由南京大學(xué)Xiangkang Meng等人于2024年發(fā)表在Chemical Engineering Journal（https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.148917）上。原文：Achieving high-rate and long-life Zn metal anodes via constructing interfacial gradient heterostructure
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.148917
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
