【研究背景】

隨著對可持續(xù)能源需求的日益增長，為了解決化石燃料短缺以及環(huán)境持續(xù)惡化等緊迫問題，電化學儲能系統(tǒng)在可持續(xù)可再生能源系統(tǒng)中具有舉足輕重的地位。其中，鋰離子電池和超級電容器作為主要的能源供給系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地應用于大范圍電子器件當中。鋰離子電池雖然具有較高的能量密度，但高成本以及鋰資源的日益銳減制約了其進一步的發(fā)展。同樣的，超級電容器雖然可以產(chǎn)生較高的功率密度，但其能量密度卻遠遠低于鋰離子電池。因此，合理的結合電池與超級電容器是制備兼具高能量密度與高功率密度的混合儲能器件的理想選擇。

【成果簡介】

近日，澳大利亞昆士蘭大學王連洲教授與青島科技大學羅彬教授合作，在國際著名學術期刊Energy Storage Materials上發(fā)表研究論文，題目為MXene derived TiS2?nanosheets for high-rate and long-life sodium-ioncapacitors.?文章報道了一種通過原位轉化PVP改進的Ti3C2Tx的方式制備碳包覆的TiS2納米片，這種納米片具有杰出的電化學性能，兼?zhèn)涓吣芰棵芏扰c功率密度的儲鈉特性。超薄的納米結構具有較大的層間距，為Na離子的移動提供了便利，進而降低了可逆轉化的熵障礙，因此具有超好的倍率與可逆性。

【圖文導讀】

圖1.PVP衍生碳與TiS2復合物的制備方法示意圖。

圖2.?TiS2@CPVP，TiS2-C和Ti3C2TxMXene樣品的XRD，Raman，XPS圖譜以及Ti 2p的分峰情況。

圖3.?TiS2@CPVP與對比樣品TiS2-C的電化學性能表征。

圖4.?TiS2@CPVP的電化學性能分析。

圖4.?TiS2@CPVP的動力學性能分析。

圖5.?TiS2@CPVP與對比樣品TiS2-C在半電池體系中第一次充放電的原位XRD表征，以及非原位TEM表征。

圖6.?TiS2@CPVP與AC組成的鈉離子電容器的電化學性能表征。

【本文總結】

? ? ?本研究制備了一種新穎的MXene衍生碳包覆TiS2納米片材料，具有較高的儲鈉能力。得益于2D結構與較強的表面碳改進，TiS2@CPVP在0.2 A g-1的電流密度下具有高達425 mA h g-1的可逆容量，良好的倍率性能，當電流密度增加到10A g-1時保留339 mA h g-1的容量，以及超過5000次循環(huán)杰出的電化學穩(wěn)定性。此外，利用活性炭做正極，所組裝的鈉離子電容器，在功率密度為200 W kg-1時具有101.7 Wh kg-1的能量密度，這為應用于兼?zhèn)涓吣芰?、高功率密度、較長循環(huán)壽命的鈉離子電容器的2D材料設計提供了新思路。

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