在Lewis酸性熔鹽中室溫下實(shí)現(xiàn)了MXenes的無(wú)氟、無(wú)水電化學(xué)制備。此外，研究了MAX相V
2AlC在有機(jī)離子液體鋁電池中的陽(yáng)極反應(yīng)，測(cè)定了MAX相V
2AlC中金屬原子Al和V的萃取電壓。這為MXenes的恒壓電化學(xué)制備指明了方向。進(jìn)一步研究了V
2AlC (E-V
2AlC)在鋁電池中的電化學(xué)性能。一站式制備應(yīng)用過(guò)程避免了MXenes與水和空氣的接觸，而蝕刻在鋁電池中的MXenes更有利于Al
3+的插/脫插。因此，E-V
2AlC在鋁電池中表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。在電壓窗口為0.01-2.3 V (V vs Al/Al
3+)、電流密度為500 mA g
-1的條件下，6500次循環(huán)后的比放電容量約為100 mAh g
-1。研究了E-V
2AlC在鋁電池中的儲(chǔ)能機(jī)理和法拉第儲(chǔ)能方法。采用恒流間歇滴定法測(cè)定了Al
3+的擴(kuò)散系數(shù)D。從動(dòng)力學(xué)的角度闡明了其優(yōu)異電化學(xué)性能的原因。
圖1 MAX相的電化學(xué)刻蝕機(jī)理圖。
圖2。V
2AlC在鋁電池中的電化學(xué)性能。(a) 0.01 2.4 V (V vs Al/Al
3+)電壓窗口內(nèi)的CV曲線。(b) 0.01-2.0 V， (c) 0.01 -2.1 V， (d) 0.01-2.2 V， (e) 0.01-2.3 V，和(f) 0.01-2.4 V(所有vs Al/Al
3+)在鋁電池中的循環(huán)性能。(g) V
2AlC在鋁電池中的循環(huán)性能(電流密度為500 mA g-1，電壓窗口為0.01-2.3 V)。
圖3 在不同電壓范圍(a) 0.01-2.0 V， (b) 0.01-2.1 V， (c) 0.01-2.2 V， (d) 0.01-2.3 V， (e) 0.01-2.4 V)， V
2AlC循環(huán)150次后的SEM圖像。(f) V
2AlC循環(huán)后的SEM圖像(電流密度為500 mA g
-1，電壓窗口為0.01-2.3 V)。(g) V
2AlC在鋁電池中循環(huán)前后的XRD圖譜。
圖4。E-V
2AlC在鋁電池中的電化學(xué)刻蝕及電化學(xué)性能。(a)蝕刻過(guò)程的電壓和電流曲線。(b)鋁電池E-V
2AlC的CV曲線。(c)鋁電池e -V
2ALC充放電曲線(0.01-2.3 V)。(d, e)鋁電池e- V
2ALC倍率性能。(f) E-V
2AlC在鋁電池中的循環(huán)性能(0.01-2.3 V)。(g) E-V
2AlC在鋁電池中的阻抗譜(h) E-V
2AlC在0.01-2.4 V鋁電池中的循環(huán)性能。(i) E-V
2AlC在0.01-2.4 V鋁電池中的充放電曲線。
圖5。E-V
2AlC的SEM和TEM圖像。(a) V
2AlC的SEM圖像，插圖為所選區(qū)域的EDS譜圖。(b, c)不同放大條件下E-V
2AlC的SEM圖像 (d) V
2AlC的高分辨率TEM圖像，插圖為對(duì)應(yīng)的SAED模式。(e) e - V
2ALC的TEM圖像。(f, g)不同放大條件下E-V
2AlC的高分辨率TEM圖像。(h, i) V
2CCl
2的平面和截面晶體結(jié)構(gòu)圖。(j) SEM圖像的6500年后E-V
2AlC周期(0.01 - 2.3 V電壓窗口)。(k) SEM圖像E-V
2AlC 2500次后,和插圖顯示了所選區(qū)域的EDS譜(電壓窗口是0.01 - 2.4 V) (l)的高分辨率透射電鏡圖像E-V
2AlC 2500次后,和對(duì)應(yīng)的插圖顯示了SAED模式。
圖6。(a) V
2AlC的XRD細(xì)化譜圖。(b) E-V
2AlC的XRD細(xì)化譜圖。(c) V
2AlC和E-V
2AlC的XPS譜圖。(d) E-V2AlC的高分辨率C 1s XPS譜。(e) e - V
2ALC的高分辨率Cl 2p XPS譜。(f) E-V
2AlC在不同電壓下的高分辨率V - 2p XPS譜。(g) V
2AlC和E-V
2AlC的高分辨率Al 2p XPS譜，以及E-V
2AlC放電后的高分辨率Al 2p XPS譜。
圖7 鋁電池E-V
2AlC贗電容行為及動(dòng)力學(xué)研究。(a)不同掃描速率下的CV曲線，(b) log(I)與log(V)的關(guān)系, (c) 0.6 mV s
−1掃描速率下的表面贗電容百分比;,(d) 不同掃描速率下的表面贗電容百分比,(e) E-V
2AlC充放電過(guò)程的GITT曲線,和(f) Al
3+擴(kuò)散系數(shù)。
相關(guān)科研成果由北京科技大學(xué)Jianling Li等人于2021年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c16706.)上。原文：In Situ Preparation of MXenes in Ambient-Temperature Organic Ionic Liquid Aluminum Batteries with Ultrastable Cycle Performance。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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