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电工所在高性能MXene基锂离子电容器研究中获进展

2020-07-29 电工研究所(suo)
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语音播报(bao)

  近日,中国科学(xue)院电工(gong)研究所马衍伟团队在(zai)高性(xing)能MXene复合(he)材料制备、MXene基(ji)锂(li)离子电容器研制方(fang)面取得新(xin)进展,相(xiang)关(guan)研究成果发表在(zai)《先进功能材料》上。

  MXene作为(wei)一(yi)种(zhong)新型二(er)维(wei)过(guo)渡金属碳化物,具(ju)有(you)与(yu)石(shi)墨烯类(lei)似(si)的(de)结(jie)构(gou)特点,在储能领域得到(dao)广(guang)泛研究。然而(er),MXene本(ben)身比(bi)容量低(di),因(yin)此构(gou)建合理的(de)纳米(mi)结(jie)构(gou)、保留(liu)二(er)维(wei)材料(liao)特征、引(yin)入(ru)高储锂(li)容量成为(wei)MXene在高性(xing)能电极材料(liao)应用方面的(de)挑战。

  前期,研究团队利用剥离Ti3C2Tx MXene时使用的四丁基铵离子(TBA+)作为阳离子中间体,有效削减Ti3C2Tx和氧化石墨烯(GO)之间的静电斥力,使两种二维材料形成面对面排列结构,制备出具有优异比容量和倍率性能的Ti3C2Tx/rGO复合负极材料(Sci. Bull. 2021, 66, 914-924)。在此基础上,科研团队利用水热法制备热力学稳定的1T相MoS2,并在二维Ti3C2Tx上原位生长,制备出1T-MoS2/d-Ti3C2Tx二维复合纳米材料。在水热过程中TBA+嵌入MoS2层间,扩大层间距离的同时为MoS2注入额外电荷诱导其从2H向1T相转变。扩展的层间空间及1T相MoS2的金属导电性为锂离子在1T-MoS2/d-Ti3C2Tx的扩散降低了能量势垒,有效弥补了正负极之间的动力学差异。此后,研究人员采用1T-MoS2/d-Ti3C2Tx作为负极,多孔石墨烯作为正极,组装成的高性能锂离子电容器能量密度最高可达188 Wh/kg,功率密度最高可达13 kW/kg(以上数据基于电极材料质量),5000次充放电循环后容量保持率为83%。研究表明,1T-MoS2/d-Ti3C2Tx作为高性能锂离子电容器的负极材料具有较好的应用前景,为高性能锂离子电容器的开发提供了新思路。

  研究(jiu)工作得到国家自然科学(xue)基金、中(zhong)科院大连洁(jie)净能(neng)源研究(jiu)院合(he)作基金、中(zhong)科院青年促进会等的(de)支持。

   
1T-MoS2/d-Ti3C2Tx二维复合纳米材料结构示意图
打印 责任编辑:侯茜(qian)

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