生物学|用于锂基电池的二维金属碳化物/氮化物（MXene）纳米复合材料的最新进展（二）( 六 ) 生物学

为了克服由末端官能团引起的本征 MXene 的容量下降， Li 等人使用水热合成方法制造了氢氧化镍/分层 2D Ti3C2 。分层 2D Ti3C2 MXene 的容量为 121.3 mAh/g ，而协同的氢氧化镍/分层 2D-Ti3C2 在 0.1 A/g 下循环 200 次的容量为 732.6 mAh/g 。1000 次循环后，氢氧化镍/分层 2D Ti3C2 的可逆容量为 372 mAh/g ，电流为 1 A/g 。氢氧化镍/分层 2D Ti3C2 的锂行为如图 24 所示。循环伏安曲线（图 24a）显示出重叠峰，因为扫描速率从 0.1 增加到 5.0 mV/s 。
图 24. (a) 氢氧化镍/分层-2D-Ti3C2 的循环伏安法， (b) 由 i=avb 关系确定的日志中的电流-电压特性，以及 (c) 氢氧化镍/分层-的电容行为2D-Ti3C2 作为不同的扫描速率。经 Ref. 许可转载。。?2020 ，爱思唯尔科学有限公司。
由于 CoSex 的循环稳定性差， Ding 等人用 CoSex 包覆碳，并将所得样品与 2D Ti3C2Tx 混合，通过超声混合制造锂离子电池的阳极。制成的负极在 0.1 A/g 时的可逆容量为 700 mAh/g ，相当于 2044 mAh/cm3 的体积容量。Ding 等报道，碳包覆 CoSex 杂化 2D Ti3C2Tx 阳极的锂化和脱锂性能优于原始 MXene 和碳包覆 CoSex 。添加剂的纳米结晶度被认为是进一步提高 MXene 的导电性和电化学性能的一种手段。
结构不稳定和重新堆叠是阻止使用 MXene 进行能量存储的一些问题。为了克服这些问题， Niu 等人通过溶剂热法制造了由 Ti3C2、TiO2 和 Li3Ti3(PO)3 杂化物组成的多孔 MXene 阳极。产生了几个大的间隙，这证实了通过添加 TiO2 和 Li3Ti3(PO)3 减少了 MXene 的重新堆积。此外，阳极在 50 mA/g 下提供 204 mAh/g 的额定容量，在 1000 mA/g 下提供 115 mAh/g 。如图 25 所示， TiO2-Li3Ti3(PO)3-2D MXene 的性能优于 TiO2-2D MXene 。电极的可逆容量为 193 mAh/g ， 100 mA/g ，循环 500 次.
图 25. TiO2-Li3Ti3(PO)3-2D-MXene 与 TiO2-2D-MXene 的性能比较。经 Ref. 许可转载。。?2021 ，爱思唯尔科学有限公司。
Zhao等人指出， MXene 在锂离子电池中使用的研究空白是 MXene 存储锂离子的能力低。因此， Zhao 等人提出了一种在泡沫镍上制备 Co3O4 与 2D-Ti3C2Tx 复合材料的简便方法。在 1C (C = 890 mA g-1) 电流密度和等质量比下，负极在 300 次循环后表现出 1005 mAh/g 的可逆容量。锂离子电池中电极的电化学性能如图 26 所示。
图 26. (a) Co3O4-2D-Ti3C2Tx 在不同扫描速率下的扩散和电容贡献的比较。(b) 由关系 i=avb 确定的电流-电压特性的对数。(c) Co3O4-2D-Ti3C2Tx 在不同扫描速率下的循环伏安曲线。经 Ref. 许可转载。。?2020 ，爱思唯尔科学有限公司。
高温下的容量衰减抵消了 LiMn2O4 作为锂离子电池潜在阴极的优势。为了减少 LiMn2O4 正极的容量衰减， Wei 等人采用了一种简便的方法来制备 LiMn2O4-2D-Ti3C2Tx 纳米复合材料。LiMn2O4 在 55°C 下包裹在 2D-Ti3C2Tx 中。观察到制造的 LiMn2O4-2D-Ti3C2Tx 锂离子正极在 55°C 下循环 200 次后容量保持率增加了 18.3% 。据信， Mn 溶解的抑制是 MXene 提供的保护的结果，它减少了锂化过程中液体电解质与 LiMn2O4 之间的接触。
为了改善锂离子储能复合材料的界面效应， Qi 等人通过水热和超声组装方法制备了 2D-MXene 与 MnCO3 的复合材料。MnCO3 中 2D-MXene 作为涂层的存在降低了 MnCO3 在充电/放电过程中的体积膨胀，从而改善了电容存储并增加了锂离子的扩散。制备的 MnCO3-2D Ti3C2Tx 负极在 5 A/g 下循环 2000 次后容量保持率为 91.20%；该电极在 0.2 A/g 时的初始容量为 1611.2 mAh/g 。这些结果归因于 MXene 的高导电性、由于电极的大表面积导致的快速锂离子扩散以及 MXene 和 MnCO3 之间出色的界面相互作用。
由于原始 MXene 的低容量， Liu 等人生产了掺杂有氮阳极的 2D Nb2CTx 。通过水热反应制备的负极在 0.2C 时的可逆容量为 360 mAh/g ，高于原始 MXene（0.2C 时为 190 mAh/g）的可逆容量。然而，掺杂 MXene 的氮电极的容量随着循环速率的增加而降低，如图 27（a）所示。在 0.5C 和 1500 次循环后，电极的容量保持率从 315 降至 288 mAh/g 。在相同条件下，原始 MXene 的容量从 230 mAh/g 降低到 124 mAh/g 。图 27(b) 显示了原始 MXene 和掺杂 MXene 的氮的容量之间的差异。
图 27. (a) MXene 掺杂氮的容量与电流速率的函数关系。(b) 原始 MXene 和掺杂 MXene 在 0.5C 下循环 1500 次的循环特性。经 Ref. 许可转载。。?2019 ，爱思唯尔科学有限公司。
此外， Tian 等人制造了用于锂金属电池的高亲锂、亲水、导电和机械柔性 MXene-Zinc 基负极。MXene-Zinc 锂金属阳极电极在 1.0 mA/cm2 库仑效率和可逆性下在 600 次循环中产生了 97.7% 。MXene-Zinc 阳极电极优异的导电性和亲水性有助于抑制锌枝晶并促进电极的可逆反应。简便的电化学沉积方法是电极的制造过程。类似地， An 等人报道了一种多孔石墨控制方法，用于与 MXene 结合用于生产锂金属电极的硅/碳电极。