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 Ti
3C
2T
x MXene for Superior-Performance Zinc-Nickel Secondary Battery。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
