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       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，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Ti₃C₂ MXenes衍生的復(fù)合材料(pTi₃C₂/C)，具有增強的動力學(xué)。這種策略有效地減少了表面基團(−F和−O)，并產(chǎn)生了擴大的平面間距。Ti₃C₂T_x的平面內(nèi)孔隙增加了活性位點，加速了鋰離子擴散動力學(xué)。得益于平面間距的擴大和鋰離子的加速擴散，pTi₃C₂/C作為陽極實現(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pTi₃C₂/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. pTi₃C₂/C-2雜化物的合成示意圖。
 
圖2 (a、b) Ti₃AlC₂ MAX、Ti₃C₂T_x MXene和pTi₃C₂/C復(fù)合材料的XRD圖譜;(c) Ti₃C₂T_x MXene和pTi₃C₂/C復(fù)合材料在77 K時的氮吸附等溫線;(d) Ti₃C₂T_x MXene和pTi₃C₂/C復(fù)合材料的拉曼光譜。
  圖3. (a, d) Ti₃C₂T_x MXene和(b, c, e) pTi₃C₂/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) Ti₃C₂T_x MXene、(c、d) pTi₃C₂/C-1、(e、f) pTi₃C₂/C-2、(g、h) pTi₃C₂/C-3的SEM圖像;(i)從Ti₃C₂T_x MXene到pTi₃C₂/C復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)演變。
 
圖5 (a)測定了Ti₃C₂T_x MXene和pTi₃C₂/C-2復(fù)合材料的XPS譜;pTi₃C₂/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) pTi₃C₂/C-2電極在0.1 mV s⁻¹時的CV曲線; (b) Ti₃C₂T_x和pTi₃C₂/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) Ti₃C₂T_x、pTi₃C₂/C-1、pTi₃C₂/C-2、pTi₃C₂/C-3電極在不同電流密度下的速率性能。
 
圖7 (a) pTi₃C₂/C-2電極在不同掃描速率下的CV曲線;(b) pTi₃C₂/C-2電極對數(shù)(i)與對數(shù)(ν)的線性擬合;(c) Ti₃C₂T_x和pTi₃C₂/c-2電極的Nyquist圖;(d) Ti₃C₂Tx和pTi₃C₂/C-2中的鋰離子的示意圖。
 
圖8  (a) AC和pTi₃C₂/C-2電極在掃描速率為1 mV s⁻¹時的半電池CV曲線;(b) pTi₃C₂/C^-2//AC器件的速率性能(基于陽極質(zhì)量的特定容量);(c) pTi₃C₂/C-2//AC器件在2a g⁻¹的循環(huán)性能;(d) pTi₃C₂/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 Ti₃C₂ MXene-Derived Anode Enables Boosted Kinetics in Lithium-Ion Capacitors。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號