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中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院Zhanhong Yang等--在Ti3C2Tx MXene上的原位生長的ZnO納米片用于高性能鋅鎳二次電池
       雖然鋅鎳電池是一種潛在的儲(chǔ)能系統(tǒng),但陽極鋅電極往往面臨枝晶、鈍化和變形等問題,特別是在高電流密度下,這些問題往往會(huì)加劇,嚴(yán)重阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。為拓寬鋅堿性二次電池的應(yīng)用領(lǐng)域,首先對(duì)氧化鋅進(jìn)行了二維過渡金屬碳化物/氮化物(ZnO@MXene)改性。多種表征和密度泛函理論(DFT)計(jì)算證明,高導(dǎo)電的MXene基質(zhì)提供了高速的電子傳遞通道,MXene的低離子擴(kuò)散勢壘和優(yōu)異的離子擴(kuò)散遷移率可以迅速降低固-液界面的離子濃度梯度,從而減弱濃度極化。此外,MXene還可以調(diào)節(jié)擴(kuò)散行為,通過鋅取向的o基團(tuán)誘導(dǎo)鋅均勻沉積,形成分散良好的“籽點(diǎn)”,實(shí)現(xiàn)均勻成核,抑制枝晶生長。因此,ZnO@MXene作為鋅鎳電池的陽極,在10C條件下循環(huán)1500次后,仍能保持594mAh·g-1的容量。達(dá)到了初始容量(596mAh·g-1)的90%,表明了優(yōu)異的比容量、速率性能和循環(huán)壽命。
 
圖1  ZnO@ MXene的制備原理圖。
 
圖2. MAX(a)、MXene(b)、ZnO(c)、ZnO@MXene(d、e、f)的SEM圖,ZnO@MXene(g、h)的TEM圖,ZnO@MXene(i-k)的EDX元素映射圖。
 
圖3 球形MAX和MXene(a)、ZnO、ZnO/MXene和ZnO@MXene(b)的XRD圖。
 
圖4. XPS譜圖,全XPS測量(a),Ti 2p (b), O 1s (c), c 1s (d)和Zn 2p (e)。 
 
圖5。MXene, ZnO和ZnO@MXene的拉曼光譜(a), FTIR光譜(b)和電解質(zhì)液滴在ZnO, ZnO/MXene和ZnO@MXene上的接觸角(c)。 
 
圖6 ZnO, ZnO/MXene和ZnO@MXene的EIS (a),循環(huán)伏安曲線(b), Tafel曲線(c)。
 
圖7 ZnO, ZnO/MXene和ZnO@MXene的循環(huán)曲線(a),庫侖效率(b), ZnO@MXene的速率性能(c), ZnO, ZnO/MXene和ZnO@MXene在第100和600個(gè)循環(huán)時(shí)的充放電電壓曲線(d,e), ZnO/MXene在1240和1260個(gè)循環(huán)時(shí)的電壓-循環(huán)數(shù)(f)。
 
圖8 記錄了鋅還原過程中不同時(shí)刻陽極/電解液界面處的光學(xué)照片。
 
       相關(guān)科研成果由中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院Zhanhong Yang等人于2022年發(fā)表在Chemical Engineering Journal (https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139073)上。原文:In Situ Growth of ZnO Nanosheets on Ti3C2Tx MXene for Superior-Performance Zinc-Nickel Secondary Battery。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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