单晶钙钛矿NaNbO3纳米管/少层Nb2CTx MXene复合锂离子电容器
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详细介绍


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(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 NCsf-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。


2.(a) S-P-NNO NCsf-Nb2CTx NSsS-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-NNOS-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(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。

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)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。



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