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宋建軍/王鳳云/汪國(guó)秀等AEM：10C循環(huán)5000次，MXene基Na-Se電池！

金屬-硒（M-Se）電池由于其高能量密度和高倍率能力而被認(rèn)為是下一代電池技術(shù)有希望的候選者。然而，由于多硒化物的穿梭效應(yīng)，硒正極存在循環(huán)性能差和庫侖效率低的問題。

青島大學(xué)宋建軍、王鳳云、西安交通大學(xué)蘇亞瓊、悉尼科技大學(xué)汪國(guó)秀等將Ti₃C₂T_x MXene摻入到Se滲透的多孔N摻雜碳納米纖維(PNCNFs)上，以構(gòu)建用于高性能Na-Se和Li-Se電池的自支撐Janus PNCNFs/Se@MXene正極。

圖1 材料制備及表征

研究顯示，這種獨(dú)特的Janus結(jié)構(gòu)使正極具有協(xié)同的多功能效應(yīng)。具有多孔結(jié)構(gòu)和大量暴露吡咯-N的PNCNFs有利于活性物質(zhì)的有效儲(chǔ)存，并增加活性面積，離子可及性更好，同時(shí)對(duì)聚硒化物的強(qiáng)吸附也加快了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。具有極性界面的2D MXene能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)大的化學(xué)固定，并進(jìn)一步物理阻擋聚硒化物以抑制穿梭效應(yīng)，而特有的三維互連電極結(jié)構(gòu)既增強(qiáng)了電子傳輸，也增強(qiáng)了與相關(guān)移動(dòng)離子的接觸面積。

圖2 Na-Se電池性能

因此，采用PNCNFs/Se@MXene正極得到的Na-Se電池在10 C下經(jīng)過5000次循環(huán)后表現(xiàn)出高達(dá)348 mAh g^-1的可逆容量。即使在20 C，基于PNCNFs/Se@MXene的電池也可以保持411 mAh g^-1的容量。另外Li-Se電池在74.9 wt%的高Se負(fù)載下，在5 C下經(jīng)過3500次循環(huán)后電池表現(xiàn)出298 mAh g^-1的長(zhǎng)期容量。

總之，這項(xiàng)工作為未來在Na-Se和Li-Se電池中設(shè)計(jì)基于MXene的柔性正極提供了許多機(jī)會(huì)和深刻的啟發(fā)，并且可以很容易地?cái)U(kuò)展到其他用于先進(jìn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的低維材料。

圖3 Li-Se電池性能

Synergy of MXene with Se Infiltrated Porous N-Doped Carbon Nanofibers as Janus Electrodes for High-Performance Sodium/Lithium–Selenium Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200894

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