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AFM：基于Ti3C2Tx-MXene納米片和水合釩酸銨納米帶的無(wú)鋅負(fù)極

開(kāi)發(fā)無(wú)鋅金屬負(fù)極材料將是解決嚴(yán)重阻礙鋅離子電池（ZIBs）發(fā)展的鋅金屬枝晶問(wèn)題的有效策略。然而，對(duì)無(wú)鋅金屬負(fù)極材料的研究仍處于起步階段，更重要的是低能量密度嚴(yán)重限制了其實(shí)際應(yīng)用。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)袁國(guó)輝教授提出并研究了一種新型 (NH₄)₂V₁₀O₂₅·8H₂O@Ti₃C₂T_x (NHVO@ Ti₃C₂T_x) 薄膜負(fù)極，用于構(gòu)建“搖椅式”ZIBs。

首次將NHVO納米帶和Ti₃C₂T_x-MXene納米片以雜化薄膜的形式交替組裝，作為一種新型的柔性鋅負(fù)極材料，用于“搖椅”ZIBs。NHVO納米帶具有超薄的特性(≈14nm）作為快速離子傳輸?shù)募{米片中間層，有利于有效接觸Ti₃C₂T_x襯底和防止Ti₃C₂T_x聚集。同時(shí)，Ti₃C₂T_x納米片可以作為NHVO納米帶的導(dǎo)電柔性襯底，更重要的是可以穩(wěn)定納米帶在充放電過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化。相對(duì)較低的工作電位（≈0.59 V vs Zn²⁺/Zn）、0.1 A g^-1時(shí)514.7 mAh g^-1的高比容量和非凡的循環(huán)耐久性（5.0 A g^-1下循環(huán)6000次后保留初始值的84.2%）使NHVO@Ti₃C₂T_x 成為“搖椅式”ZIB 的替代負(fù)極。

通過(guò)恒電流間歇滴定技術(shù)（GITT）、XPS、XRD等一系列技術(shù)系統(tǒng)地研究了包括機(jī)理和動(dòng)力學(xué)在內(nèi)的插層行為，表明Zn²⁺在混合電極中的可逆插入/脫嵌。作為概念驗(yàn)證應(yīng)用，由NHVO@Ti₃C₂T_x薄膜負(fù)極和ZnMn₂O₄正極配對(duì)組成的“搖椅式”ZIB全電池提供高達(dá)131.7 mAh g-1（含正負(fù)極）和 97.1 Wh kg^-1的能量密度。此外，在 2.0 A g^-1下循環(huán)6000次后可實(shí)現(xiàn)92.1%的容量保持率。

圖1 制備及表征

圖2 電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究

Tailoring Ultrahigh Energy Density and Stable Dendrite-Free Flexible Anode with Ti3C2Tx MXene Nanosheets and Hydrated Ammonium Vanadate Nanobelts for Aqueous Rocking-Chair Zinc Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202103210

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