香港城市大學開發高性能MXene電極 助力發展新一代強力電池
時間:2021-11-23 10:07來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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（圖片來源：香港城市大學）
作為快速儲能材料，二維MXene被視為能源領域的一顆新星。然而，此類材料的電壓輸出不穩定，使其應用受影響。據外媒報道，由香港城市大學（CityU）的科學家領導的研究團隊利用高壓掃描策略，開發了一種類電池電化學Nb2CTx MXene電極，具有穩定的電壓輸出和高能量密度。這些最新發現將有助于開發下一代強力電池。
MXene是一個二維納米材料大家族，近十年來一直是儲能領域二維材料的研究熱點。這種材料擁有優異的電導率和較大的表面積，因此表面氧化還原速度快、儲能效率高。然而，以往報告的MXene電極均缺乏明顯的放電電壓平臺，在放電時輸出電壓會迅速下降。這會影響MXene的能量密度及其在所需高壓區域能量輸出的穩定性，從而導致能量密度有限，通常小于100Wh kg-1。
為克服能量輸出不穩定的問題，該研究團隊研發了電池型Nb2CTx MXene電極。該團隊將電壓窗口從2.0V調節到 2.4V，結果顯示Nb2CTx MXene電極具有完全不同的電化學特性。在高達2.4V的高壓掃描下，Nb2CTx MXene電極表現出典型的類電池特征，不同于其低壓特征，以及以往報告的其他MXene系統。
使用高壓掃描策略時表現出卓越性能
研究人員發現，在高壓掃描下，Nb2CTx/Zn電池表現出優異的倍率性能，持久循環性能和高能量密度。更重要的是，研究人員成功地為MXene配備了平坦穩定的1.55V放電平臺，從而提高能量密度，使其達到創紀錄水平（146.7 Wh kg-1）。這是目前MXene水性電極中最高的，其中63%來自平臺區域。這打破了MXene設備的性能瓶頸。
研究負責人Zhi教授表示：“缺乏明顯的電壓平臺，會影響MXene電極的容量和能量密度，限制其發展成為高性能電池的潛力。此項研究概述了一種有效途徑，通過高壓掃描方法，獲得具有獨特放電電壓平臺的高能量密度MXene電極。這極大地提高了MXene電極的電化學性能。”
Zhi教授認為，這一發現將激勵更多的研究人員探索MXene家族中尚未發現的電化學性能。“二維MXene的表面氧化還原速度快，儲能速度快，儲能性能突出。隨著電壓輸出變得穩定，以及能量密度大大增強，基于MXene的儲能設備，離實際應用的目標又近了一步。”
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