单晶钙钛矿NaNbO3纳米管/少层Nb2CTx MXene复合锂离子电容器

一、文章概述

锂离子电容器(LICs)结合锂离子电池和超级电容器的优点，具有高能量/功率密度和长的使用寿命。然而，正负电极之间的动态不平衡极大地限制了其进一步的实际应用。文章首先采用简单的水热碱化方法，以少层Nb2CTx MXene (f-Nb2CTx)为前驱体制备了单晶钙钛矿NaNbO3纳米管(S-P-NNO NCs)，然后通过冻干工艺将其与f-Nb2CTx组装，制备了S-P-NNO/f-Nb2CTx杂化物。通过综合实验，对S-P-NNO纳米碳化物的形成机理有了较为深入的认识。通过优化S-P-NNO NCs与f-Nb2CTx的组成和协同效应，优化后的S-P-NNO/f-Nb2CTx纳米复合材料在2.0 ag^-1下的可逆容量为157 mA hg^-1。基于 SP-NNO/f-Nb2CTx 的 LICs 具有 56 Wh kg ^-1 的能量密度和 13 kWkg  ^-1 的超高功率密度，以及长期循环稳定性（4000 次循环后保留 75% ）。通过原位X射线衍射分析提出了S-P-NNO/f-Nb2CTx负极的固有储锂机制。更有意义的是，这里设计的合成方法和独特的见解将刺激新型 Nb 基氧化物向下一代 LICs 及以后的广泛发展。

二、图文导读

图中示。1(a)FESEM图像，(b)TEM图像，(c)f-Nb2CTxNS胶体溶液的Tyndall效应的AFM图像。(d) FESEM和相应的粒度分布图(d面板的插图)，(e) TEM， (f) HRTEM和测量的层间距(g面板的插图)，(g) STEM和相应的EDX元素(Na, Nb, O)映射图像，(h) SP-NNO NCS的SAED图。(i和j) FESEM， (k) TEM图像和(l) S-P-NNO/f-Nb2CTx杂化的SAED模式。(m) S-P-NNO纳米碳化物生长过程示意图。

图2.(a) S-P-NNO NCs、f-Nb2CTx NSs和S-P-NNO/f-Nb2CTx的广角XRD谱图。(b)晶体结构和(c) NNO的带隙计算。(d) S-P-NNO和S-P-NNO/f- nb2ctx的拉曼光谱和XPS测量光谱，以及S-P-NNO/f- nb2ctx杂化产物的高分辨率(f) Nb 3d， (g) C 1s和(h) O 1s谱。

图3.S-P-NNO/f-Nb2CTx电极的电化学动力学分析。(a)不同扫描速率从0.4至1.2mV1.下的CV曲线(b)在0.8mV1.时，具有假电容（蓝色)贡献的CV曲线(c)在不同的扫描速率下，S-PNNO/f-Nb2CTx（红色）和S-P-NNO电极（蓝色）的伪容差的归一化贡献比。(d和e)GITT图和(f)SP-NNO和S-P-NNO/f-Nb2CTx电极的DLi的相应变化。

图4.对组装好的S-P-NNO/f-Nb2CTx//AC装置的表征和电化学评价。(a)LICs的示意图。(b)如图所示，在不同的扫描速率下的CV曲线。(c)不同电流密度下的充放电图。(d)自放电曲线。(e)泄漏电流概况。(f)与其他报道的lic图相比，对Ragone图进行了比较。(g)在1.0Ag^-1.下的长时间循环特性。

三、全文总结

总之，在这项工作中，作者首先探索了一种简单的水热碱化方法，通过使用 f-Nb2CTx NSs 作为前驱体可控地制造 S-PNNO NCs，然后将 SP-NNO 与 2D f-Nb2CTx NSs 巧妙地结合以获得 3D 分层 SP-NNO/f-Nb2CTx 杂化物作为 LIC 的竞争性负极。这种独特的策略最大限度地发挥了S-P-NNO和f-Nb2CTx在高效锂存储方面的各自优势。具有良好电子导电性的f-Nb2CTx使杂化体具有三维连接的多孔导电网络，可用于快速的Li+ /电子传输。此外，S-P-NNO NCS均匀分散在f-Nb2CTx纳米粒子上或之间，降低了超薄纳米粒子的聚集和自重堆积。由于S-P-NNO和f-Nb2CTx纳米材料之间的协同效应，优化后的S-P-NNO/f-Nb2CTx纳米材料作为锂离子电池阳极时，在高倍率容量和循环稳定性方面表现出更好的锂存储性能。更重要的是，对S-P-NNO纳米碳化物的形成和内在锂存储机制的深入了解，有助于全面的实验分析。文章的智能策略和深入理解将为未来铌基氧化物的合理设计/建造提供有意义的指导，以实现能源相关应用及其他领域的发展。