北科納米可提供?MXenes基材料（可定制）???

?

? ?

? ?

作為可充電二次電池，鋰離子電池（LIBs）在眾多的可穿戴電子器件與電動汽車領域中得到了廣泛的使用，這得益于其高工作電壓、高能量密度、長循環(huán)壽命和環(huán)境友好性等優(yōu)勢。然而，鋰資源的稀缺與不均勻分布增加了LIB的成本，限制其進一步的應用。為了滿足社會發(fā)展的需要，繼續(xù)研發(fā)具有低成本和高性能的下一代二次電池。鈉和鉀因為與鋰相似的物理化學性質以及二者在地球中的豐度遠遠高于鋰，鈉離子電池（SIBs）與鉀離子電池（PIBs）已經成為了研究重點。相比于Na/Na+（-2.71 V, vs SHE），K/K+（-2.93 V, vs SHE）標準電位更接近于Li/Li+（-3.04 V, vs SHE），因此PIBs通常具有更高的工作電壓以及能量密度。

MXenes作為一類新型的二維（2D）材料，因其獨特的結構與電子性質，在金屬離子電池中具有巨大的應用潛力。尤其值得一提的是，K+在MXene上的擴散勢壘非常低，證明了MXene在應用于PIBs負極材料時會具有杰出的倍率性能。然而，因其較低的理論儲鉀容量，單純的MXene不太適合作為鉀電的負極材料。近日，暨南大學李宏巖教授與廣州大學牛利教授在國際知名學術期刊?Chemical Engineering Journal上發(fā)表題目為：?MXenes: Advanced materials in potassium ion batteries的綜述文章，總結了不同改進的MXenes基電極材料在PIBs中的應用，分析了結構與電化學性能的關系。并對MXenes在PIBs中未來的發(fā)展方向進行展望。

圖1.鋰，鈉和鉀在地殼中的豐度；鋰電，鈉電和鉀電在能量密度方面的對比；不同MAX相及其相應的MXenes；MXenes不同的應用。

?

圖2.?單層V3C2可能吸附的位點；對Li，Na，K和Ca的吸附能以及最大容量；含有O基官能團的MXenes對不同離子的吸附能以及相應的理論容量。

圖3.?Ti3CNTz電極的電化學性能與物理性質。

圖4.?PDDA-NPCN/Ti3C2復合物的組裝過程；MoSe2/MXene@C電極的電化學性能。

?

圖5.?a-Ti3C2MNRs的合成過程及相應的物理表征與電化學性能測試。

?

圖6.?TiOxNy/C的合成過程以及電化學性能；TiO2/RGO復合物的合成過程、物理表征以及電化學性能。

到目前為止，MXenes在PIBs中應用的文獻還不是很多，這主要是由于不夠成熟的技術與有限的MXenes的多樣性。隨著制備技術的逐漸成熟，MXenes在PIBs中的應用仍然具有較大潛力。主要體現在以下幾個方面：

i) 不同的MXenes的儲鉀容量、電子，離子傳輸性能都是不同的，改進或研發(fā)新型的MXenes制備方法是提升MXene材料最重要的一個因素；

ii）即使MXene是可以被成功地制備，其大孔及微孔的形貌也是不容忽視的，這對其性能更有著很大的影響。在所有的改進方法中，將MXene與其他材料復合是一種主要的提升MXenes儲鉀容量并穩(wěn)定其結構的方式；

iii）異質原子摻雜被證明是一種有效的改進方法，可以提升MXenes的性能，然而目前相關的研究還處于初始階段。

iv）將MXene轉化為其他負極材料也是一種有效的方式，相似的做法已經被應用在鈉電和鋰電中，這種方式制備的MXene衍生材料也可以作為一種有潛力的電極材料。

此外，盡管鋰電具有優(yōu)異的儲能能力，但考慮到有限的鋰資源，大批量使用MXenes還很困難。在其他的金屬離子電池中，二價或三價金屬離子電池具有高容量的優(yōu)勢，但是Zn2+， Mg2+，Ca2+，Al3+以及其他多價金屬離子與電極材料強烈的相互接觸，會導致遲緩的動力學性能。因此，PIBs已經成為一類非常具有潛力的二次電池，因其具有與LIBs接近的工作電壓以及價格優(yōu)勢。我們MXenes應用于鉀電在不遠的將來會被更加廣泛且深入的研究。

文獻鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126565