室溫鈉硫電池因其超高的儲(chǔ)能容量和極低的成本而引起了研究人員的關(guān)注，但其較差的循環(huán)性能和嚴(yán)重的多硫化鈉溶解阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。在這里，報(bào)道了一種基于氫氧化鎳的穩(wěn)定的MXene衍生的復(fù)合硫主體材料，其表面涂有碳納米網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)多硫化鈉的吸附和轉(zhuǎn)化。由于封閉層狀結(jié)構(gòu)提供的物理約束以及MXene吸附和Ni(OH)2催化活性的協(xié)同效應(yīng)，穿梭效應(yīng)被有效抑制。反應(yīng)后電極的原位分析表明，復(fù)合材料對多硫化物具有較強(qiáng)的吸附作用。此外，Ni(OH)2還能加速硫向硫化鈉的反應(yīng)過程。因此，Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S復(fù)合正極在0.22C下經(jīng)過100次循環(huán)后可提供非凡的可逆容量1175.3mAh/g，并具有優(yōu)異的長循環(huán)穩(wěn)定性（2.2C下673.5mAh/g，衰減率僅為800 個(gè)周期內(nèi)每個(gè)周期 0.032%）。
Fig 1. Ti3C2TX/Ni(OH)2/C 混合物的制造。 a）3D Ti3C2TX/Ni(OH)2/C復(fù)合材料的整體制備過程。 b) Ti3C2TX MXene ,c)Ti3C2TX/Ni(OH)2/C的 SEM 圖 。 d) TEM 和 e) Ti、Ni、C、O 的 EDS 元素圖。 f) 氮等溫線和g) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C 的孔徑分布曲線。
Fig 2.Ti3C2TX/Ni(OH)2/C 復(fù)合材料和對照樣品的表征。 (a) XRD 譜。 b) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C、Ni(OH)2 和 Ti3C2TX 的拉曼曲線。 (c) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S 的熱重分析 (TG) 曲線。 d) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C 復(fù)合材料的 XPS 測量光譜以及 e) Ni 2p、f) Ti 2p 和 g) O 1s 的高分辨率光譜。
Fig 3. Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S 和對照樣品作為 RT Na-S 電池陰極的電化學(xué)表征。在 0.5–2.8 V 電壓范圍內(nèi)，a) 0.2 mV s
-1 時(shí)的 CV 曲線。 b) 0.22C恒流充放電電壓分布曲線。 c) 0.22C 下的循環(huán)性能。 d) 評價(jià)績效。 e) 2.2 C 下的循環(huán)性能。
Fig 4. 電化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)制。 a) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S復(fù)合陰極在 0.2–1.2 mV s
-1 時(shí)的 CV 曲線. b) 掃描速率為 0.2 mV s
-1 時(shí)的 CV 曲線比較. c) 0.22C 下的充放電電壓曲線。 d) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S、Ni(OH)2/C/S、Ti3C2TX/S 的 EIS 曲線。 e) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S 的 GITT 電位分布和 Na
+ 擴(kuò)散系數(shù)。 f) 純 Na
2S
6 溶液以及添加了復(fù)合材料和對照樣品的溶液的照片和相應(yīng)的 UV vis（紫外/可見）光譜。
Fig 5. 機(jī)制的表征。 a）含有Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S正極的RT Na-S電池在0.22C下的第三次恒電流充放電曲線以及相應(yīng)的異位XRD圖案。 b) 30 個(gè)循環(huán)后陰極上的 XRD 圖案。 Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S 雜化材料 30 次循環(huán)后的 c) Ni 2p 和 d) S 2p 的高分辨率 XPS 譜圖。
相關(guān)研究工作由吉林大學(xué)Wei Han課題組于2023年在線發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》期刊上，3D layered structure Ti3C2Tx MXene/Ni(OH)2/C with strong catalytic and adsorption capabilities of polysulfides for high-capacity Sodium–Sulfur battery。
原文：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144528。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
