AEM：长寿命钠离子电池V基MXene衍生层状VN的转换机理探究

随着电动汽车和智能电网时代的来临，由于锂的资源，成本和安全性问题，目前的商用锂离子电池（LIB）不能满足大规模功耗的需求。钠离子电池（SIB），具有资源丰富，成本低廉，以及类似的能量储存机制，已成为最具吸引力的候选人之一。然而，由于钠离子半径大于锂离子半径，缺乏合适的负极材料，制约了其发展。近年来，一直致力于研究负极材料。具有出色的金属导电性，抗氧化，抗腐蚀和化学稳定性的过渡金属氮化物已成为最具吸引力的能源材料之一。其中，氮化钒（VN）因为其低分子量表现出优异的质量比容量，但由于VN体积变化大(LIB为240%，SIB为34%，Na+离子半径比Li+离子半径大)，导致低倍率和循环性能下降是影响实际应用的主要因素。因此，迫切需要寻找探索VN的新结构，以实现SIB的长期循环稳定性的需求。

中国科学技术大学宋礼教授和Shuangming Chen博士在国际知名学术期刊Advanced Energy Materials上发表了一篇题目为：Dial the Mechanism Switch of VN from Conversion to Intercalation toward Long Cycling Sodium-Ion Battery的研究论文，文章报道了一种源自V2C MXene的新型层状VN ，作为SIB的新负极材料。这是首次在SIB上应用分层VN。得益于这种独特的分层结构，VN的能量存储机制已从传统的转换类型转变为插层赝电容类型。结果，它可以在大范围的电流密度下提供高容量，并具有出色的倍率性能。更重要的是，它在7500次循环中显示出卓越的长期循环稳定性， 而在500 mA g -1时没有容量衰减。本文还通过使用原位X射线衍射（XRD）和非原位X射线吸收结构（XAS）表征研究了存储机理，发现插入的赝电容对于优异的性能起着重要的作用。另外，混合器件使用分层VN为负极，活性炭作为正极，显示出在260 W kg-1功率密度下78.43 Wh kg -1的能量密度和55.25 Whkg -1高功率密度下3900 W kg-1的在能量密度。

图1. 两种不同类型的VN的对比。a）具有转化反应机制的块状VN。b）Al原子柱状的VN具有脱/插层机制

图2. V2CMXene氨化法制备VN的结构表征

图3.VN和VN @ rGO化合物对SIB的电化学性能

图4. 钠离子行为的动力学

图5.VN负极的结构演变分析

图6.钠离子混合电容器性能

本文报道了一种新型的层状VN，它是通过V2C MXene氨化合成的，用于高性能的Na+存储。作为用于SIB的独特的分层负极材料，它在50 mA g-1时可提供372 mA hg-1的高容量，具有出色的倍率性能和长期循环稳定性，在7500个循环中无容量衰减，在500 mA g -1比容量为115 mA hg-1。通过与还原石墨烯（VN @ rGO）复合可以进一步增强性能。这些先进性能可归因于独特的以铝原子为柱，外覆碳的层状结构。VN具有优异的金属电导性和插层型机制，有助于缓解Na+在层间距中并形成稳定Na+插入的结构。此外，存储机制是插层赝电容的特征，它不同于传统的岩盐VN。基于此分层的VN，结合了AC，可以构建出色的混合动力器件。这种独特的VN的设计为储能领域中的其他金属氮化物指明了新的方向。

入群交流

围绕二维材料，北科纳米的“学术交流群”来了，扫描下方二维码加小编微信即可入群交流~