【研究背景】

? ? ? ?鋰離子電池具有能量密度高、功率密度大、壽命長等優(yōu)點，為日常生活和工業(yè)機械提供動力。然而，地球上鋰原料儲量有限，分布不均，可能會限制鋰鹽在可再生能源大規(guī)模儲能中的應(yīng)用。因此，鈉離子電池(SIBs)和鉀離子電池(PIBs)等替代方案因鈉和鉀的豐富和低成本而備受關(guān)注。

【成果簡介】

? ? ? 最近，北京化工大學(xué)徐斌教授課題組與Yury Gogotsi教授在國際知名期刊?Advanced Functional Materials上發(fā)表一篇題目為:?MXene-Bonded Flexible Hard Carbon Film as Anode for Stable Na/K-Ion Storage?研究論文。本文將MXene與硬碳抽濾成膜使其具有優(yōu)秀的鈉鉀離子存儲穩(wěn)定性。

? ? ? ?硬碳(HC)是鈉離子電池(SIBs)和鉀離子電池(PIBs)極具發(fā)展前景的負(fù)極材料，但在嵌入/脫出Na+或K+的過程中體積的變化限制了其循環(huán)壽命。傳統(tǒng)的涂覆法陽極不能滿足柔性器件的要求。研究表明，二維納米片狀Ti3C2Tx??MXene可作為柔性HC電極的多功能導(dǎo)電粘結(jié)劑。在MXene鍵合的硬碳電極中，導(dǎo)電親水的MXene二維納米片構(gòu)建了一個高效穩(wěn)定的電極結(jié)構(gòu)并抑制了在充放電過程中硬碳電極的體積膨脹，從而提高了電極在鈉離子鉀離子電池的容量和循環(huán)穩(wěn)定性。得益于3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，MXene鍵合的硬碳薄膜電極也表現(xiàn)出了更好的倍率性能，這表明MXene是下一代柔性二次充電電池的一種很有前途的多功能粘合劑。

【圖文導(dǎo)讀】

圖一.傳統(tǒng)電極與MXene作為粘結(jié)劑的電極制作過程。

圖二.MXene硬碳薄膜電極SEM。

圖三.MXene硬碳薄膜物理表征。

圖四.鈉離子電池電化學(xué)性能測試。

圖五.鈉離子電池阻抗測試。

圖六.鉀離子電池電化學(xué)性能測試。

【本文總結(jié)】

? ?綜上所述，本研究成功地利用Ti3C2Tx??MXene作為多功能粘合劑，通過真空輔助抽濾制備了柔性HC電極。在MXene結(jié)合的HC膜中，HC顆粒嵌入由2D MXene 納米片構(gòu)建的3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中，可以有效地穩(wěn)定電極結(jié)構(gòu)，并在Na+或K+插入過程中限制HC顆粒的體積膨脹，使電池具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

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