思想有多远你就能走多远分享 http://blog.sciencenet.cn/u/dorisgocs 研究方向:炭材料

博文

[转载][NCM综述]东北大学董琰峰:MXene基纳米材料在高性能水系锌离子混合电容器中的研究进展

已有 3411 次阅读 2022-6-16 17:09 |个人分类:期刊|系统分类:科普集锦|文章来源:转载

水系锌离子混合电容器(ZHCs)具有本征安全、低成本的优点,在大规模储能领域具有广阔的应用前景。一般而言,ZHCs由电容型电极、电池型电极、隔膜和含锌盐电解液组成,其中电容型电极主要指多孔炭或其它赝电容材料(如RuO2),而电池型电极包括锌箔或钒基/锰基氧化物。典型ZHCs结构由多孔炭正极、锌箔负极、玻璃纤维隔膜和1 mol/L ZnSO4电解液组成,由于锌箔具有低成本、高理论质量比容量(820 mAh g-1)、合适电极电势(-0.76 V vs.标准氢电极)以及在近中性电解液和空气中良好稳定性等诸多优势,该类型ZHCs表现出低成本、高安全与高倍率性能。然而,传统多孔炭正极具有不理想的孔结构与表面性质,难以实现高效的锌离子的存储和扩散,此外锌箔易遭受枝晶和副反应等危害,因此传统ZHCs常表现出较低的能量密度和较短的循环寿命,严重制约其实际应用。

二维过渡金属碳/氮化物(MXene)具有高导电基体和丰富表面官能团,其通式为Mn+1XnTxn=1-3),其中MXT分别代表前过渡金属(如TiVCrZrNb)、CN、以及表面官能团(如-O-OH-F-Cl)。MXene主要通过选择性刻蚀MAX母相中的A层(AlSiSn等元素)制备而得,其具有原子级超薄厚度、高电子电导(6000-8000 S cm-1)、高杨氏模量(0.33±0.03 TPa)、高离子扩散系数以及在多种溶剂中良好分散性。自2011Yury等报道HF酸刻蚀Ti3AlC2 MAX制备了Ti3C2 MXene以来(图1),全球范围内掀起了MXene研究热潮。

得益于MXene的独特二维结构与优异物化性质,MXene材料为构筑高性能ZHCs提供了新机遇。2019年,MXeneZHCs得到应用,随后MXeneZHCs正极和负极中得到了大量研究。例如,Sn4+插层的MXene表现出较大的层间距,有效抑制MXene纳米片堆叠,可实现2800 h 的稳定循环。氮掺杂可抑制MXene在高电位易氧化缺点,所得氮掺杂MXene0.2-1.8 V电压窗口下循环9000次后容量保持率仍高达87.1%。此外,以柔性自支撑Ti3C2 薄膜为集流体,在其上电沉积了垂直锌纳米片,从而制备了柔性Zn/MXene复合锌负极,重要的是,其具有绿色可降解功能。尽管少数综述文章已聚焦ZHCs炭正极、负极和电解液,然而MXene基纳米材料结构设计及其高性能ZHCs应用进展还鲜见报道。

image.png

1 MXene的发现及其在ZHCs中的应用时间线示意图

 

近日,东北大学董琰峰课题组在《新型炭材料》(New Carbon Materials)发表综述“Recent progress in MXene based nanomaterials for high-performance aqueous zinc-ion hybrid capacitors”,系统综述了高性能ZHCs MXene 基纳米材料的最新进展。在此过程中,先简要介绍了 ZHCs 的基础知识,如工作原理和关键电化学参数;随后,对高性能 ZHCsMXene基正极(纯 MXene、插层MXene、掺杂MXeneMXene复合物(MXene/金属硫化物、MXene/炭、MXene/高分子))和负极(MXene基锌宿主和MXene基锌涂层)进行了分类阐述(图2);最后,简要讨论了MXene基纳米材料在下一代ZHCs应用中的挑战和展望。

image.png

2 图文摘要

                                           New Carbon Materials文章信息

张明慧, 徐文, 武丽莎, 董琰峰*. MXene基纳米材料在高性能水系锌离子混合电容器中的研究进展[J]. 新型炭材料, 2022, 37(3): 508-526.

ZHANG Ming-hui, XU Wen, WU Li-sha, DONG Yan-feng*. Recent progress in MXene based nanomaterials for high-performance aqueous zinc-ion hybrid capacitors[J]. New Carbon Materials, 2022, 37(3): 508-526.



期刊官网:http://xxtcl.sxicc.ac.cn

国际版主页:https://www.sciencedirect.com/journal/new-carbon-materials

image.png扫码关注




https://blog.sciencenet.cn/blog-100107-1343262.html

上一篇:[转载][NCM综述]中国科学院山西煤炭化学研究所刘耀东研究员:面向气体分离的聚合物衍生碳分子筛膜研究进展
下一篇:[转载][NCM综述]中国矿业大学陈亚鑫/鞠治成:炭材料的活性位点设计及其电化学储钾研究进展
收藏 IP: 159.226.156.*| 热度|

0

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2022-11-30 15:59

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部