水性鋅離子電池(AZIBs)是一種很有吸引力的儲能設(shè)備，其安全性高，對環(huán)境的影響可以忽略不計。V
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5基陰極具有很高的應(yīng)用前景，但釩的溶解是實現(xiàn)其在AZIBs中的穩(wěn)定性能的主要挑戰(zhàn)之一。在本文中，我們通過范德華自組裝的方法在V
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5納米板(VPMX)表面設(shè)計了Ti
3C
2T
x MXene層，以抑制電化學(xué)過程中釩的溶解，從而大大提高了鋅離子的存儲性能。與傳統(tǒng)的V
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5/C復(fù)合材料不同，我們證明了VPMX混合材料為獲得高性能的AZIBs提供了三個不同的特征:(i)陰極表面的MXene層保持結(jié)構(gòu)完整性并抑制V的溶解;(ii) V
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5和MXene之間的異質(zhì)界面改善了宿主的電化學(xué)動力學(xué);(iii) VPMX陰極中的潤滑水分子減少了宿主層之間的靜電斥力，促進了界面Zn
2+的擴散。結(jié)果，VPMX陰極顯示出超過5000次循環(huán)的長期循環(huán)穩(wěn)定性，超過了其他報道的V
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5基材料。特別地，我們發(fā)現(xiàn)V
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5和MXene之間的異質(zhì)界面和宿主中潤滑的水分子可以實現(xiàn)提高AZIBs的速率能力(在5.0 A g
−1時243.6 mAh g
−1)。
圖1 V
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5納米板/MXene雜化材料的制備與形貌研究。
圖2. 樣品的結(jié)構(gòu)表征。
圖3 VPMX73陰極儲鋅行為的原位XRD表征。
圖4. V
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5納米板/MXene雜化體的儲鋅性能及MXene抑制釩溶出的研究。
圖5。V
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5納米板/MXene雜化的理論模擬和電化學(xué)動力學(xué)分析。
相關(guān)科研成果由北京大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院Shaojun Guo和北京化工大學(xué)Bin Xu等人于2022年發(fā)表在ACS Nano (https://doi.org/10.1021/acsnano.2c04968)上。原文：Van der Waals Interaction-Driven SelfAssembly of V
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5 Nanoplates and MXene for High-Performing Zinc-Ion Batteries by Suppressing Vanadium Dissolution。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
