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香港城市大学开发高性能MXene电极 助力发展新一代强力电池

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58京牌 作为快速储能材料,二维MXene被视为能源领域的一颗新星。然而,此类材料的电压输出不稳定,使其应用受影响。,由香港城市大学(CityU)的科学家领导的研究团队利用高压扫描策略,开发了一种类电池电化学Nb2CTx MXene电极,具有稳定的电压输出和高能量密度。这些最新发现将有助于开发下一代强力电池。

(图片来源:香港城市大学)

MXene是一个二维纳米材料大家族,近十年来一直是储能领域二维材料的研究热点。这种材料拥有优异的电导率和较大的表面积,因此表面氧化还原速度快、储能效率高。然而,以往报告的MXene电极均缺乏明显的放电电压平台,在放电时输出电压会迅速下降。这会影响MXene的能量密度及其在所需高压区域能量输出的稳定性,从而导致能量密度有限,通常小于100Wh kg-1。

为克服能量输出不稳定的问题,该研究团队研发了电池型Nb2CTx MXene电极。该团队将电压窗口从2.0V调节到 2.4V,结果显示Nb2CTx MXene电极具有完全不同的电化学特性。在高达2.4V的高压扫描下,Nb2CTx MXene电极表现出典型的类电池特征,不同于其低压特征,以及以往报告的其他MXene系统。

使用高压扫描策略时表现出卓越性能

研究人员发现,在高压扫描下,Nb2CTx/Zn电池表现出优异的倍率性能,持久循环性能和高能量密度。更重要的是,研究人员成功地为MXene配备了平坦稳定的1.55V放电平台,从而提高能量密度,使其达到创纪录水平(146.7 Wh kg-1)。这是目前MXene水性电极中最高的,其中63%来自平台区域。这打破了MXene设备的性能瓶颈。

研究负责人Zhi教授表示:“缺乏明显的电压平台,会影响MXene电极的容量和能量密度,限制其发展成为高性能电池的潜力。此项研究概述了一种有效途径,通过高压扫描方法,获得具有独特放电电压平台的高能量密度MXene电极。这极大地提高了MXene电极的电化学性能。”

Zhi教授认为,这一发现将激励更多的研究人员探索MXene家族中尚未发现的电化学性能。“二维MXene的表面氧化还原速度快,储能速度快,储能性能突出。随着电压输出变得稳定,以及能量密度大大增强,基于MXene的储能设备,离实际应用的目标又近了一步。”

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