JMCA：3D高密度MXene@MnO2微花用于水系锌离子电池

水系锌离子电池是一种很有具有潜力的低成本，无危险高性能的可充电电池，得益于Zn的丰富程度，生物兼容性，地氧化还原电位（-0.76V vs. SHE）以及高理论容量（819 mAh g^-1）。考虑到Zn离子之间强烈的静电接触，寻找合适的用于锌离子电池的正极材料是一项关键的挑战。其中，MnO₂因为其多价态，非常适合作为锌电池的电极材料，然而其严重的容量衰减与低导电性影响了其储锌的性能。

将MnO₂与导电性材料复合是一种提升电子导电性与结构稳定性的有效方式。MXenes，作为一类新型的二维材料，在近年来得到了广泛的关注，主要是由于其高金属导电性，丰富的表面官能团以及卓越的亲水性和超高的密度（4g cm^-3）。然而，和绝大多数二维材料一样，少层MXene纳米片间强烈的范德瓦尔斯反应与氢键的会使重堆叠和堆叠问题不可避免，这阻碍了活性比表面积的充分利用以及在电化学过程中电解液离子的扩散。

最近，江苏科技大学Chao Yan教授，中山大学和中科院兰州化物所Xingbin Yan教授在国际知名学术期刊 Journal of Materials Chemistry A上发表题目为：3D high-density MXene@MnO₂ microflowers for advanced aqueous zinc-ion batteries的研究论文，报道了一种3D高密度的MXene-MnO₂复合物正极材料，通过气相喷雾干燥策略，使MnO₂纳米颗粒包裹在褶皱的MXene纳米片中，构建一种稳定的导电3D纳米花结构，有利于快速离子/电子传输和高度的结构稳定性。

图1.Ti₃C₂T_x，3D Ti₃C₂T_x@MnO₂的SEM表征。

图2. 3D Ti₃C₂T_x@MnO₂的微观结构与形貌表征。

图3. 3D Ti₃C₂T_x@MnO₂的电化学性能测试与机理探究。

图4. 3D Ti₃C₂T_x@MnO₂的电化学性能与分析。

图5. 不同质量负载的3D Ti₃C₂T_x@MnO₂正极材料。

图6. 基于3D Ti₃C₂T_x@MnO₂的柔性水系锌离子电池的组装和电化学性能。

一种新型的3D Ti₃C₂T_x@MnO₂微花通过气相喷雾干燥法被成功地制备。与所需时间较长的液体溶液方法相比较，所提出的合成策略是是非常简便且对环境无害的。协同组装导电Ti₃C₂T_x 纳米片与电化学活性的MnO₂纳米颗粒具有较高的密度（1.52 g cm^-3），增强了电荷转移动力学与结构稳定性。作为水系锌离子电池正极材料时，3D Ti₃C₂T_x@MnO₂微花可以产生较高的可逆容量，在100 mA g^-1的电流密度下可以达到301.2 mAh g^-1，在电流密度增加到2000 mA g^-1时，可以保留202.2 mAh g^-1。以及超过2000次循环的稳定性。

文献链接：

DOI: 10.1039/d0ta09085a

信息来源：MXene Frontie

本信息源自互联网仅供学术交流 如有侵权请联系我们立即删除