【纳米纤维|空心 Ti3C2 MXene/碳纳米纤维作为锂离子电池的先进负极材料】电化学|锂离子电池|互联网医疗_傻大方

傻大方提要：【纳米纤维|空心 Ti3C2 MXene/碳纳米纤维作为锂离子电池的先进负极材料】基于二维(2D) MXene的LIB因其高能量/功率密度和高充电/放电速率下的良好性能而受到积极研究。然而，二维MXene电极的三个主要局限性——自堆叠、低比表面积和表面终止对Li+扩散的干扰—...

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纳米纤维|空心 Ti3C2 MXene/碳纳米纤维作为锂离子电池的先进负极材料

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纺丝：通过静电纺丝工艺获得一维中空 Ti3C2TX MXene/碳纳米纤维。具有定制表面终止和增加的比表面积的中空MX/C纳米纤维在无粘合剂锂离子电池中显示出改善的电化学性能。

韩国国家纳米实验室

锂离子电池（LIBs）是一种可充电电池，作为下一代储能设备，由于其各种卓越的优势，将引领未来的能源技术，引起了人们极大的兴趣。基于二维(2D) MXene的LIB因其高能量/功率密度和高充电/放电速率下的良好性能而受到积极研究。然而，二维MXene电极的三个主要局限性——自堆叠、低比表面积和表面终止对Li+扩散的干扰——阻碍了基于MXene的LIB的商业化。在此，我们通过静电纺丝工艺制造一维中空 Ti3C2TX MXene/碳(MX/C)纳米纤维，并将其用作LIB中的负极材料。与原始的2DMXene (MX)糊状电极和MXene/碳(MX/C)糊状电极相比，空心MX/C纳米纤维电极具有更大的比表面积、更少的薄片自堆积和为锂离子电池。基于空心电极的LIBs表现出更高的能量密度(306.5 mA h g-1 at 40 mA g-1)比那些具有MX糊状电极(81.08 mA h g-1at 40 mA g-1)和MX/ C糊状电极（196.9 mA h g-1 ， 40 mA g-1）。此外，空心MX/C纳米纤维电极显示出高可逆容量，证明它是一种很有前途的锂离子电池负极材料。

介绍
随着第四次工业革命的到来，迫切需要开发体积小、可穿戴、价格低廉、具有高能量和功率密度的下一代储能设备，以满足日益增长的兼容大功率电源的需求。电动汽车和储能系统。
作为新能源产业的能源，锂离子电池（LIBs）因其高能量容量、优异的循环寿命和低自放电而引起了广泛的关注。广泛的研究致力于发现和开发具有比广泛使用的碳质负极更好的器件性能的新型LIB负极材料，这些负极材料具有低电容且缺乏足够的编织和针织机械强度。 4用于LIB的负极材料应具有高扩散率Li+离子、高导电性和在充电/放电反应过程中最小的结构变化。
MXenes是二维(2D)过渡金属碳化物和氮化物，由于其优异的综合性能，包括高导电性、丰富的表面化学、亲水性和大比表面积，作为电化学装置的电极材料越来越受到关注。表面积。这些具有代表性分子式Mn+1XnTX的过渡金属碳化物或氮化物可以通过蚀刻MAX粉末中的A层（元素周期表中的13-14族元素）来合成，其中M代表过渡金属， X是C或N ，TX代表表面终止基团，例如-OH、-F或-O.7
基于MXene电极的LIB因其高能量密度、低理论Li+扩散势垒（实现快速Li+传输）和高倍率性能而受到研究。然而， 2D MXene薄片的自重堆积会对离子可及性产生不利影响，并将可逆容量降低至100-200 mAh g-1 ，远低于理论值。此外，密度泛函理论(DFT)计算表明，在酸性水溶液中形成的带有-F和/或-OH基团的MXene表面会阻止Li+离子的传输并降低Li存储容量。
已经报道了许多努力通过例如表面改性、14层间距调制和架构设计来提高基于MXene的LIB的电化学性能17、18 。郑等人报道， MXene薄膜的电化学性能可以通过使用具有较少-F和-OH表面官能团的热退火薄膜来提高。然而，由于热退火引起的薄片重新堆叠和薄片之间的间隙减小， Li+离子的内部扩散受到阻碍，限制了器件效率。已经提出了混合系统，其中MXene薄片的层间距是通过引入各种嵌入剂（例如氧化物、有机物或碳质材料）来控制的。然而，这种非导电嵌入剂的添加降低了导电性，导致器件性能降低。为了克服MXene的2D形式的局限性，并以适合可穿戴设备的形式轻松处理MXene ，研究人员研究了将2D MXene转化为一维(1D)纤维或纱线的可行性。 1D MXene纤维/纱线基储能设备显示出优异的机械性能，可以制成可穿戴形式，并由于比表面积增加而表现出高电化学性能。然而，仍然需要解决MXene片的重新堆叠和1D MXene纤维中表面官能团的有限离子扩散问题。此外，一维MXene纤维/纱线基电极已在超级电容器中得到广泛探索；然而，很少有关于它们在电池应用中使用的研究报道。