由于对高功率、高能量密度器件的迫切需求，锂离子电容器(lic)备受关注。然而，不同电荷存储机制的阳极和阴极之间固有的不平衡阻碍了能量和功率密度的进一步提高。MXenes是一种新型二维材料，具有金属导电性、手风琴状结构、层间间距可调等特点，在电化学储能器件中得到了广泛应用。在这里，我们提出了一种多孔Ti₃C₂ MXenes衍生的复合材料(pTi₃C₂/C)，具有增强的动力学。这种策略有效地减少了表面基团(−F和−O)，并产生了扩大的平面间距。Ti₃C₂T_x的平面内孔隙增加了活性位点，加速了锂离子扩散动力学。得益于平面间距的扩大和锂离子的加速扩散，pTi₃C₂/C作为阳极实现了优异的电化学性能(2000次循环后容量保持在80%左右)。此外，用pTi₃C₂/C阳极和活性炭阴极制备的LICs显示出110 Wh kg⁻¹的最大能量密度和4673 W kg⁻¹的相当大的能量密度71 Wh kg⁻¹。这项工作提供了一种有效的策略，以实现高抗氧化能力和提高电化学性能，代表了在结构设计和可调表面化学的LICs中MXene的新探索
 
图1. pTi₃C₂/C-2杂化物的合成示意图。
 
图2 (a、b) Ti₃AlC₂ MAX、Ti₃C₂T_x MXene和pTi₃C₂/C复合材料的XRD图谱;(c) Ti₃C₂T_x MXene和pTi₃C₂/C复合材料在77 K时的氮吸附等温线;(d) Ti₃C₂T_x MXene和pTi₃C₂/C复合材料的拉曼光谱。
  图3. (a, d) Ti₃C₂T_x MXene和(b, c, e) pTi₃C₂/c -2复合材料的SEM图像;(f)钛，(g)碳，(h)氧和(i)钾的EDX元素映射。
 
图4 (a、b) Ti₃C₂T_x MXene、(c、d) pTi₃C₂/C-1、(e、f) pTi₃C₂/C-2、(g、h) pTi₃C₂/C-3的SEM图像;(i)从Ti₃C₂T_x MXene到pTi₃C₂/C复合材料的结构演变。
 
图5 (a)测定了Ti₃C₂T_x MXene和pTi₃C₂/C-2复合材料的XPS谱;pTi₃C₂/c-2复合材料的高分辨率(b) Ti 2p， (c) C 1s和(d) O 1s XPS谱。
 
图6 (a) pTi₃C₂/C-2电极在0.1 mV s⁻¹时的CV曲线; (b) Ti₃C₂T_x和pTi₃C₂/C-2电极的充电-放电(0.1 A g⁻¹)和(c)循环性能(0.5 A g⁻¹); (d) Ti₃C₂T_x、pTi₃C₂/C-1、pTi₃C₂/C-2、pTi₃C₂/C-3电极在不同电流密度下的速率性能。
 
图7 (a) pTi₃C₂/C-2电极在不同扫描速率下的CV曲线;(b) pTi₃C₂/C-2电极对数(i)与对数(ν)的线性拟合;(c) Ti₃C₂T_x和pTi₃C₂/c-2电极的Nyquist图;(d) Ti₃C₂Tx和pTi₃C₂/C-2中的锂离子的示意图。
 
图8  (a) AC和pTi₃C₂/C-2电极在扫描速率为1 mV s⁻¹时的半电池CV曲线;(b) pTi₃C₂/C^-2//AC器件的速率性能(基于阳极质量的特定容量);(c) pTi₃C₂/C-2//AC器件在2a g⁻¹的循环性能;(d) pTi₃C₂/C-2//AC器件的Ragone图。
 
      相关科研成果由国家纳米科学中心Bao-Hang Han等人2023年发表在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。

转自《石墨烯研究》公众号