ICF：钴修饰MXene基气凝胶用于室温Na-S电池

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可充电锂离子电池被广泛地应用于电子器件和电动汽车上，这得益于其较高的能量/功率密度。然而，考虑到锂资源的短缺以及全球范围内的不均衡分布，锂电在大规模储能系统中的应用被极大地限制。室温Na-S电池引起了很多研究者们的注意，因其具有低成本和资源丰富等优势，（钠和硫都很丰富），以及足够的能量密度。然而，Na-S电池的发展还有很多需要努力的方面。首要的就是，聚硫钠（Na₂S_x，x in 4~8）穿梭效应的不可控，这导致了硫的低使用率以及不可逆的容量衰减。

最近，MXenes作为一类新型的二维材料，在很多应用领域中都得到了广泛的关注，尤其是储能领域，这得益于其独特的层状结构与电子特性。尤其是Ti₃C₂T_x，作为一类研究最深入的MXene材料，是一种很有潜力的硫宿主。然而，层间较强的范德瓦尔兹接触导致了纳米片严重的重堆叠，进而导致了较低的比表面积，减少的空间以及有限的离子传输，增加了内部电阻。氧化石墨烯（GO）具有较大的比表面积，通过复合Ti₃C₂T_x与GO可以制备3D多孔的气凝胶，可以具有足够的孔结构，高比表面积和多余的活性位点可以阻止活性材料的溢出。然而，截至目前，MXene基气凝胶还没有应用在室温Na-S电池。

最近，西南大学Yuruo Qi教授与徐茂文教授团队在国际知名学术期刊 Inorganic Chemistry Frontiers上发表题目为： An MXene-based aerogel with cobalt nanoparticles as an efficientsulfur host for room-temperature Na–S batteries的研究论文，将制备的基于MXene与GO的钴纳米颗粒附着的3D多孔气凝胶应用于室温Na-S电池具有良好的性能。

图1.MG-Co@S复合物在充放电过程中抑制穿梭效应的原理。

图2. MG-Co的微观形貌与物理表征。

图3. MG-Co@S复合物的微观形貌与物理表征。

图4. MG-Co@S在室温Na-S电池中的电化学性能测试。

图5. MG-Co@S电极的CV与原位Raman光谱以及对称器件的扭亏斯特图；MG@S和MG-Co@S非对称器件的CV与GCD图像。

本文中，所制备的3D多孔MG-Co气凝胶具有三维多孔结构，不仅可以提高电子导电性，还可以在充放电过程中缓解体积膨胀。同时，Ti₃C₂T_x的极性活性表面以及Co纳米颗粒的催化效应可以有效地抑制穿梭效应并增强电化学反应活性。所组装的室温Na-S电池具有杰出的电化学性能，在0.1 C 的电流密度下具有705 mAh g^-1的容量，当电流密度增加到5 C时可以保留428 mAh g^-1的比容量。MG-Co@S电极所产生的较高的电化学性能证明了这种整合策略的重要性。

文献链接：

DOI:10.1039/D0QI00939C