首页 > 行业资讯 > 原子耦合的2D MnO2/MXene超晶格用于稳定和快速的水系锌离子电池

原子耦合的2D MnO2/MXene超晶格用于稳定和快速的水系锌离子电池

时间：2023-11-18 来源：浏览：

原子耦合的2D MnO2/MXene超晶格用于稳定和快速的水系锌离子电池

Energist 能源学人

能源学人

微信号 energist

功能介绍能源学人，打造最具影响力的能源科技服务平台！

收录于合集

【研究背景】

δ-MnO ₂ 具有层状结构，是一种很有前途的水系锌离子电池正极候选材料。然而，由于δ-MnO ₂ 本身存在导电性差和充放电过程中结构不稳定，阻碍了其进一步的开发。

【工作介绍】

近日，深圳大学宋军课题组通过单层MnO ₂ 和Ti ₃ C ₂ T _x MXene纳米片的溶液相组装来制备二维MnO ₂ /MXene超晶格，其中单层MnO ₂ 纳米片在单层MXene纳米片之间被分离和稳定。MXene纳米片不仅可以作为结构稳定剂来隔离MnO ₂ 纳米片并防止其聚集，还可以作为导电促进剂来加强电导率，从而保持整体结构的稳定，实现电子的快速传递。此外，二维MnO ₂ /MXene的规律性叠加具有重复的周期性，可导致活性位点高度暴露，促进离子扩散。因此，MnO ₂ /MXene在0.2 A g ⁻¹ 的电流密度下容量为315.1 mAh g ⁻¹ ，5 A g ⁻¹ 时的容量为149.8 mAh g ⁻¹ ，5000次循环后容量保持率为88.1%。同时，通过电化学测量和密度泛函理论计算，阐明了优越的H ⁺ /Zn ²⁺ 扩散动力学和理想的赝电容行为。

【内容表述】

图1 (a) MnO ₂ /MXene超晶格合成示意图。(b, c) MnO ₂ 纳米片（b）和PDDA-MXene纳米片（c）的AFM图像和高度剖面图。(d) MnO ₂ /MXene的SEM图像，(e) TEM图像，(f) SAED图案，以及(g) HRTEM图像。

图2 MnO2/MXene的电化学动力学和DFT计算结果。(a)不同扫描速率下的CV曲线。(b)根据CV曲线绘制的log i vs log v图。(c)MnO ₂ 和MnO ₂ /MXene的Nyquist图。(d)低频和阻抗实部之间的关系。(e-h)从侧视图（e，g）和俯视图（f，h）观察MnO ₂ 和MnO ₂ /MXene的Zn ²⁺ 扩散路径。(i)对应的扩散能垒。(j)MnO ₂ 和MnO ₂ /MXene表面上H ⁺ 和Zn ²⁺ 的吸附能。(k)MnO ₂ 和MnO ₂ /MXene的DOS图。

【结论】

通过交替堆叠的单层MnO ₂ 和MXene纳米片的协同作用，加速了离子/电子传输动力学，并增强了结构稳定性，2D MnO ₂ /MXene展现出了优异的电化学性能电化学性能。在0.2 A g ^–1 的电流密度下，经过200个循环后，其具有290.8 mAh g ^–1 的容量。即使在5 A g ^–1 的高电流密度下，经过5000个循环后仍然能够保持132.1 mAh g–1的可逆容量，容量保持率为88.1%。通过原位XRD、XPS和TEM对2D MnO2/MXene超晶格的结构稳定性和可逆的H ⁺ /Zn ²⁺ 嵌入/脱出进行了研究。此外，通过CV、EIS和GITT测量以及DFT计算，对其赝电容行为、离子扩散动力学和能量存储机制进行了全面的研究和讨论。

Wang Y, Liu L, Wang Y, et al. Atomically Coupled 2D MnO2/MXene Superlattices for Ultrastable and Fast Aqueous Zinc-Ion Batteries. ACS nano, 2023.

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07627

厦门大学杨勇教授AEM：原位压力测试解密固态锂金属电池“微短路”

2023-11-13