作為快速儲(chǔ)能材料，二維MXene被視為能源領(lǐng)域的一顆新星。然而，此類材料的電壓輸出不穩(wěn)定，使其應(yīng)用受影響。據(jù)外媒報(bào)道，由香港城市大學(xué)（CityU）的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)利用高壓掃描策略，開發(fā)了一種類電池電化學(xué)Nb2CTx MXene電極，具有穩(wěn)定的電壓輸出和高能量密度。這些最新發(fā)現(xiàn)將有助于開發(fā)下一代強(qiáng)力電池。

電池，香港城市大學(xué),Nb2CTx/Zn電池,Nb2CTx MXene電極,MXene電極，電池放電平臺(tái)

MXene是一個(gè)二維納米材料大家族，近十年來一直是儲(chǔ)能領(lǐng)域二維材料的研究熱點(diǎn)。這種材料擁有優(yōu)異的電導(dǎo)率和較大的表面積，因此表面氧化還原速度快、儲(chǔ)能效率高。然而，以往報(bào)告的MXene電極均缺乏明顯的放電電壓平臺(tái)，在放電時(shí)輸出電壓會(huì)迅速下降。這會(huì)影響MXene的能量密度及其在所需高壓區(qū)域能量輸出的穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致能量密度有限，通常小于100Wh kg-1。

為克服能量輸出不穩(wěn)定的問題，該研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了電池型Nb2CTx MXene電極。該團(tuán)隊(duì)將電壓窗口從2.0V調(diào)節(jié)到 2.4V，結(jié)果顯示Nb2CTx MXene電極具有完全不同的電化學(xué)特性。在高達(dá)2.4V的高壓掃描下，Nb2CTx MXene電極表現(xiàn)出典型的類電池特征，不同于其低壓特征，以及以往報(bào)告的其他MXene系統(tǒng)。

使用高壓掃描策略時(shí)表現(xiàn)出卓越性能

研究人員發(fā)現(xiàn)，在高壓掃描下，Nb2CTx/Zn電池表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能，持久循環(huán)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(wěn)定的1.55V放電平臺(tái)，從而提高能量密度，使其達(dá)到創(chuàng)紀(jì)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(tái)區(qū)域。這打破了MXene設(shè)備的性能瓶頸。

研究負(fù)責(zé)人Zhi教授表示：“缺乏明顯的電壓平臺(tái)，會(huì)影響MXene電極的容量和能量密度，限制其發(fā)展成為高性能電池的潛力。此項(xiàng)研究概述了一種有效途徑，通過高壓掃描方法，獲得具有獨(dú)特放電電壓平臺(tái)的高能量密度MXene電極。這極大地提高了MXene電極的電化學(xué)性能。”

Zhi教授認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)將激勵(lì)更多的研究人員探索MXene家族中尚未發(fā)現(xiàn)的電化學(xué)性能。“二維MXene的表面氧化還原速度快，儲(chǔ)能速度快，儲(chǔ)能性能突出。隨著電壓輸出變得穩(wěn)定，以及能量密度大大增強(qiáng)，基于MXene的儲(chǔ)能設(shè)備，離實(shí)際應(yīng)用的目標(biāo)又近了一步。”