北科納米可提供垂直排列MXene納米片（可定制）

研究摘要

鋰金屬得益于較高的理論容量與較低的還原電位被認(rèn)為是一類最佳的負(fù)極材料體系。然而，不均勻的鋰金屬枝晶生長極大地限制了其實(shí)際的應(yīng)用。鑒于此，電子科技大學(xué)張曉琨研究員、北京航空航天大學(xué)楊樹斌教授與宮勇吉教授研究團(tuán)隊(duì)在《Advanced Energy Materials》發(fā)表研究成果，報(bào)道了一種通過冰模板輔助刮刀涂覆方法制備的，垂直排列的Ti3C2Tx?MXene納米片陣列，以調(diào)控鋰金屬成核并誘導(dǎo)鋰金屬的沉積。這種垂直的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出較低的彎曲程度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速的鋰傳輸。此外，Ti3C2Tx?表面豐富的-F與-O基官能團(tuán)有助于均勻固態(tài)電解質(zhì)界面層的形成，這對于控制鋰金屬的成核與生長非常重要。因此，這種垂直排列的Ti3C2Tx?MXene電極在1.0 mA cm-2的面電流密度下，經(jīng)過450次循環(huán)后能夠產(chǎn)生1.0 mAh cm-2的容量與較高的昆侖效率（98.8%），甚至在超高的5.0 mA cm-2面電流密度下可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鋰沉積與剝離行為，面容量高達(dá)5.0 mAh cm-2。與磷酸鐵鋰正極匹配組裝全電池時(shí)，表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性與倍率性能。

圖文導(dǎo)讀

圖1.?v-Ti3C2Tx?電極的合成路線圖與表征。

圖2.?不同電極上SEI層的研究。

圖3.?v-Ti3C2Tx電極及對比電極在鋰電鍍與剝離過程中的形貌演化。

圖4.?v-Ti3C2Tx電極與h-Ti3C2Tx電極鋰沉積行為的COMSOL模擬。

圖5.?v-Ti3C2Tx電極與h-Ti3C2Tx電極的電化學(xué)性能測試結(jié)果。

總結(jié)

? ? ? ?結(jié)果表明，這種垂直排列的MXene陣列的低曲率不僅可以使鋰離子與電場均質(zhì)化，還可以豐富用于鋰沉積的活性表面積。優(yōu)化的SEI層富含Li2O與LiF，這主要得益于MXene表面豐富的-O與-F官能團(tuán)，而這對于鋰金屬的成核與生長調(diào)控具有重要意義。與水平排列的MXene相比，1這種垂直排列的MXene電極可以提升半電池與全電池器件的循環(huán)穩(wěn)定性與倍率性能。這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了低曲率結(jié)構(gòu)與SEI層改性的完美結(jié)合，對于鋰金屬負(fù)極的發(fā)展提供了一個工藝簡易的策略。

文獻(xiàn)鏈接

https://doi.org/10.1002/aenm.202200072

原文直達(dá)請點(diǎn)擊推文左下角?閱讀原文