利用陰離子插層石墨陰極構建雙離子儲能裝置為同時實現(xiàn)高能量密度和輸出功率密度提供了獨特的機會。然而，與石墨陰極相匹配的適當陽極的缺乏仍然是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。

圖1.?材料合成和儲鉀過程示意

德累斯頓工業(yè)大學馮新亮院士、Minghao Yu等證明偶氮苯磺酸共價接枝是顯著提高V₂C MXene（記為ASA-V₂C）K⁺儲存動力學的有效方法。研究發(fā)現(xiàn)，接枝分子具有多種功能，包括利用所配備的偶氮苯單元提供額外的K⁺儲存位點，利用磺酸鹽陰離子作為理想的K⁺跳轉位點加速層間K⁺擴散，以及緩沖K⁺嵌入/脫嵌引起的內應力。

圖2.?倍率性能和動力學研究

這些理想功能共同作用的結果是，與原始V₂C電極相比，所獲得的ASA-V₂C電極的K⁺儲存能力顯著提高，比容量（0.05 A g^-1時為173.9 mAh g-1 vs. 121.5 mAh g^-1）、倍率能力（20 A g^-1時為43.1% vs. 12.0%）和循環(huán)穩(wěn)定性（在0.05 A g^-1下循環(huán)900次后為80.3% vs. 45.2%）都大大增強。

此外，作者將ASA-V₂C電極與FSI-插層石墨陰極耦合，展示了一種雙離子儲能裝置，其顯示出175 Wh kg^-1的最大能量密度和6.5 kW kg^-1的功率密度（可比超級電容器）。這些令人鼓舞的結果有望激勵未來致力于定制2D受限離子存儲行為的努力，為開發(fā)用于高性能儲能器件的先進電極材料開辟新的途徑。

圖3.?循環(huán)性能研究

Multifunctional Molecule-Grafted V2C MXene as High-Kinetics Potassium-Ion-Intercalation Anodes for Dual-Ion Energy Storage Devices. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202302961