【MXene每日科普】如何提高鈉硫電池的性能？功能化Hf3C2和Zr3C2 MXenes或許是答案！
01??╱ 文章概覽 ╱
鈉硫電池由于能夠進行雙電子氧化還原過程以及豐富的鈉和硫資源，在存儲大量能量方面表現(xiàn)出巨大的潛力。然而，中間體多硫化鈉（Na2Sn）引起的穿梭效應(yīng)限制了它們的性能和壽命。為了解決這個問題，我們在這里建議使用 Hf3C2T2 和 Zr3C2T2 (T = F, O) 這兩種功能化 MXene 作為陰極添加劑來抑制穿梭效應(yīng)。通過使用密度泛函理論計算，我們研究了 Na2Sn 和 MXene 之間相互作用的性質(zhì)，例如吸附能的強度、電子態(tài)密度、電荷交換和 Na2S 分子的解離能。
研究結(jié)果表明，Hf3C2T2 和 Zr3C2T2 系統(tǒng)都通過與 Na2Sn 結(jié)合來抑制穿梭效應(yīng)，其結(jié)合能比常用的電解質(zhì)溶劑更強。這些 MXene 在此過程中保留了其金屬性，并且氧功能化 MXene 上 Na2Sn 的分解勢壘降低，從而增強了電化學(xué)過程。在所研究的 MXene 體系中，Zr3C2O2 在抑制穿梭效應(yīng)和催化電化學(xué)過程方面表現(xiàn)出最佳性能，從而提高了電池的可逆容量和壽命。
02??╱ 本文亮點 ╱
? DFT研究抑制了nasb中穿梭效應(yīng)，提出了新的陰極添加劑。
? 選用4種MXenes (Hf3C2Tx, Zr3C2Tx, T = F/O)作為陰極添加劑。
? MXenes對Na2Sn的粘附力比電解液強，從而防止了穿梭效應(yīng)。
? 它們具有中等勢壘，便于充電期間 Na2S 解離。
? Zr3C2O2 MXene 被發(fā)現(xiàn)對于 NaSB 的性能和壽命而言是最佳的。
03??╱ 圖文參考 ╱
? NaS + Na+ + e?) 以及 Na + 離子在 O 鈍化的 Hf3C2 和 Zr3C2 MXene 表面上沿 2 個不同路徑的擴散。 能量參考是在解離過程開始時。 藍(lán)色曲線顯示游離（Na2S）分子的解離。
04??╱ 總結(jié) ╱
應(yīng)用自旋極化DFT計算探索了一條通過減少穿梭效應(yīng)來提高鈉硫電池性能和壽命的新途徑。?這項研究表明，MXene（特別是 T = F/O 的 Hf3C2T2 和 Zr3C2T2）是添加劑陰極的有希望的候選者，可以有效抑制穿梭效應(yīng)并催化電化學(xué)過程。?
結(jié)果表明，多硫化鈉 (Na2Sn) 在所有研究的 MXene 上的結(jié)合能都強于與 DOL 和 DME 等電解質(zhì)的結(jié)合能。?研究還發(fā)現(xiàn)，氧鈍化對多硫化物具有更大的化學(xué)結(jié)合作用，可抑制穿梭效應(yīng)（在放電階段）并降低離子動力學(xué)的活化能（在充電階段）。這些發(fā)現(xiàn)支持在室溫鈉硫電池中使用 MXene 作為添加劑陰極，以提高其性能并延長其使用壽命。
* 圖文資料來源于?https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2023.233298
