由于對高功率、高能量密度器件的迫切需求，鋰離子電容器(lic)備受關(guān)注。然而，不同電荷存儲機(jī)制的陽極和陰極之間固有的不平衡阻礙了能量和功率密度的進(jìn)一步提高。MXenes是一種新型二維材料，具有金屬導(dǎo)電性、手風(fēng)琴狀結(jié)構(gòu)、層間間距可調(diào)等特點(diǎn)，在電化學(xué)儲能器件中得到了廣泛應(yīng)用。在這里，我們提出了一種多孔Ti
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2 MXenes衍生的復(fù)合材料(pTi
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2/C)，具有增強(qiáng)的動力學(xué)。這種策略有效地減少了表面基團(tuán)(−F和−O)，并產(chǎn)生了擴(kuò)大的平面間距。Ti
3C
2T
x的平面內(nèi)孔隙增加了活性位點(diǎn)，加速了鋰離子擴(kuò)散動力學(xué)。得益于平面間距的擴(kuò)大和鋰離子的加速擴(kuò)散，pTi
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2/C作為陽極實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的電化學(xué)性能(2000次循環(huán)后容量保持在80%左右)。此外，用pTi
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2/C陽極和活性炭陰極制備的LICs顯示出110 Wh kg
−1的最大能量密度和4673 W kg
−1的相當(dāng)大的能量密度71 Wh kg
−1。這項工作提供了一種有效的策略，以實(shí)現(xiàn)高抗氧化能力和提高電化學(xué)性能，代表了在結(jié)構(gòu)設(shè)計和可調(diào)表面化學(xué)的LICs中MXene的新探索
圖1. pTi
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2/C-2雜化物的合成示意圖。
圖2 (a、b) Ti
3AlC
2 MAX、Ti
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2T
x MXene和pTi
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2/C復(fù)合材料的XRD圖譜;(c) Ti
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2T
x MXene和pTi
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2/C復(fù)合材料在77 K時的氮吸附等溫線;(d) Ti
3C
2T
x MXene和pTi
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2/C復(fù)合材料的拉曼光譜。
圖3. (a, d) Ti
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2T
x MXene和(b, c, e) pTi
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2/c -2復(fù)合材料的SEM圖像;(f)鈦，(g)碳，(h)氧和(i)鉀的EDX元素映射。
圖4 (a、b) Ti
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2T
x MXene、(c、d) pTi
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2/C-1、(e、f) pTi
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2/C-2、(g、h) pTi
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2/C-3的SEM圖像;(i)從Ti
3C
2T
x MXene到pTi
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2/C復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)演變。
圖5 (a)測定了Ti
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2T
x MXene和pTi
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2/C-2復(fù)合材料的XPS譜;pTi
3C
2/c-2復(fù)合材料的高分辨率(b) Ti 2p， (c) C 1s和(d) O 1s XPS譜。
圖6 (a) pTi
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2/C-2電極在0.1 mV s
−1時的CV曲線; (b) Ti
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2T
x和pTi
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2/C-2電極的充電-放電(0.1 A g
−1)和(c)循環(huán)性能(0.5 A g
−1); (d) Ti
3C
2T
x、pTi
3C
2/C-1、pTi
3C
2/C-2、pTi
3C
2/C-3電極在不同電流密度下的速率性能。
圖7 (a) pTi
3C
2/C-2電極在不同掃描速率下的CV曲線;(b) pTi
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2/C-2電極對數(shù)(i)與對數(shù)(ν)的線性擬合;(c) Ti
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2T
x和pTi
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2/c-2電極的Nyquist圖;(d) Ti
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2Tx和pTi
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2/C-2中的鋰離子的示意圖。
圖8 (a) AC和pTi
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2/C-2電極在掃描速率為1 mV s
−1時的半電池CV曲線;(b) pTi
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2/C
-2//AC器件的速率性能(基于陽極質(zhì)量的特定容量);(c) pTi
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2/C-2//AC器件在2a g
−1的循環(huán)性能;(d) pTi
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2/C-2//AC器件的Ragone圖。
相關(guān)科研成果由國家納米科學(xué)中心Bao-Hang Han等人2023年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c21327)上。原文：Holey Ti
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2 MXene-Derived Anode Enables Boosted Kinetics in Lithium-Ion Capacitors。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
