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三單位聯(lián)合?Adv. Sci.：中空碳和 MXene 雙增強(qiáng) MoS2用于大倍率和高容量?jī)?chǔ)鈉系統(tǒng)

鈉離子電池（SIB）和鈉離子電容器（SIC）是經(jīng)濟(jì)高效的大規(guī)模儲(chǔ)能裝置的理想候選者。然而，傳統(tǒng)負(fù)極材料的低速動(dòng)力學(xué)和低容量阻礙了它們的實(shí)際應(yīng)用。

在此，澳大利亞格里菲斯大學(xué)張雷，重慶大學(xué)張斌偉，江蘇師范大學(xué)王迎等人介紹了一種新穎的設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)是層擴(kuò)展的 MoS₂ 通過(guò)中空的 N、P-摻雜碳作為內(nèi)支撐體和表面基團(tuán)豐富的 MXene 作為外支撐體進(jìn)行雙重加固，從而形成交聯(lián)的復(fù)合材料（NPC@MoS2/MXene）。

其中，中空的 N、P-摻雜碳可有效防止 MoS₂ 層的聚集，并縮短電解質(zhì)與電極之間的距離。導(dǎo)電的 MXene 外表面包裹著內(nèi)部的 NPC@MoS₂ 單元，形成了相互連接的通道，實(shí)現(xiàn)了高效的電荷轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散，確保了快速的動(dòng)力學(xué)和更高的電極利用率。當(dāng)電流密度從 100 mA g^-1增加到 5000 mA g^-1 時(shí)，它對(duì) SIB 的可逆容量高達(dá) 453 mAh g^-1，具有顯著的循環(huán)穩(wěn)定性和優(yōu)異的倍率性能，容量保持率為 54%。

結(jié)合活性碳（AC），NPC@MoS₂/MXene//AC SIC 在 254 W kg^-1 的條件下實(shí)現(xiàn)了 136 Wh kg^-1 的高能量密度，在 27 Wh g^-1 的條件下實(shí)現(xiàn)了 5940 W kg^-1 的高功率密度，并保持了出色的穩(wěn)定性。

圖1. NPC@MoS₂/MXene、NPC@MoS₂ 和 MoS₂/MXene 的 Na 存儲(chǔ)機(jī)制

總之，該工作所制備的 NPC@MoS₂/MXene 復(fù)合材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，該材料擴(kuò)大了 MoS₂ 片的層間距離，在硫化過(guò)程中，無(wú)定形碳層可以原位插層到 MoS₂中。這種插層為 Na 的快速擴(kuò)散提供了足夠的通道。其次，為保護(hù) MoS₂ 層在循環(huán)過(guò)程中不被降解，使用了中空的 NPC 多面體作為內(nèi)部基質(zhì)來(lái)錨定 MoS₂ 片，從而形成了 NPC@MoS₂ 單元。最后，NPC@MoS₂ 單元被MXene 進(jìn)一步封裝，從而引入了交聯(lián)的高導(dǎo)電通道。分析表明，NPC@MoS² 和 MXene 之間具有協(xié)同耦合效應(yīng)，可產(chǎn)生強(qiáng)大的電子相互作用，確保目標(biāo)電極的完整性。

此外，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，NPC@MoS₂/MXene 復(fù)合材料在氧化還原反應(yīng)中表現(xiàn)出良好的電容行為和優(yōu)異的電化學(xué)可逆性。因此，制備的 NPC@MoS₂/MXene 復(fù)合材料在 SIB 和 SIC 方面都表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。

圖2. 組裝的 NPC@MoS₂/MXene//AC SIC 的電化學(xué)性能分析

Hollow Carbon and MXene Dual-Reinforced MoS2 with Enlarged Interlayers for High-Rate and High-Capacity Sodium Storage Systems, Advanced Science 2024 DOI: 10.1002/advs.202400364

原創(chuàng)文章，作者：Jenny（小琦），如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/03/18/636b08e0d5/

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