革新锂离子Trojan蓄电池：剥离的Ti 3 C 2 T x MXene作为下一代储能的高性能负极材料

锂离子电池（LIBs）是现代储能体系的基石，为从电动汽车到可再生能源应用的各种设备供给动力。负极资料是影响其功能的关键要素，显著影响着电池的容量、寿命和安全性。尽管石墨和钛酸锂仍是最常用的负极资料，但它们有限的容量促使研讨人员寻求更好的替代方案。硅等资料因其高比容量而展现出巨大的潜力，但它们在循环过程中容易发生显著的体积改变，这阻止了其长时间稳定性[1,2]。同样地，石墨烯和二硫化钼（MoS 2 ）因其较大的外表积而具有吸引力[3,4]。与此同时，二氧化钛和钛酸锂因其安全性和快速充电特性而受到重视，尽管它们的容量相对较低。
在寻觅改进负极资料的过程中，MXenes作为一项突破性发现脱颖而出。这些二维资料衍生自MAX相，由过渡金属碳化物和碳氮化物组成。MAX相具有M n+1 AX n结构（其间M为过渡金属，A为第13或14族元素，X为碳或氮），通过选择性刻蚀去除A层后，会留下超薄的M n+1 C n片层。这些层外表终止有官能团（T x），如羟基（–OH）或氟化物（F），然后增强了它们的化学、物理和电化学功能。其高导电性、柔韧性和多功能性使MXenes成为能量存储应用中极具远景的选择[5,6]。
基于MXene的负极资料的最新进展揭示了多种协同机制，这些机制有助于提高其在锂离子电池中的电化学功能。例如，Ha等人证明，由于具有丰富的外表端基，MXene纳米片的亲锂特性通过激烈的Li F和Li O相互作用促进了均匀的锂成核，然后有用按捺枝晶形成并改进堆积/剥离稳定性。在此基础上，该研讨小组的进一步研讨着重，MXenes不只供给高导电框架，还具备可调控的外表化学性质和层距离，这些要素共同完成了快速的Li+分散和改进的电荷转移动力学[7]。在各种MXene资猜中，Ti 3 C 2 T x 因其轻质、优异的导电性和经济性而备受关注。它衍生自Ti 3 AlC 2，是研讨中最易获取的MAX相之一。通过润饰MXenes的外表端基（T x），研讨人员能够调节其功能并优化其作为锂离子电池负极的体现。Lu等人报导称，在Ti₃CNTₓ MXene中引入缺陷和氧空位显著增加了锂存储活性位点的密度，且纤维膜结构在长时间循环过程中供给了出色的机械柔韧性和结构稳定性[8]。最近，Narayanasamy等人通过工程化设计进一步推进了这一概念...
Zhao等人选用硫模板法制备了三维多孔Ti₃C₂Tₓ MXene泡沫，完成了455.5 mAh g⁻¹的初始容量和65.5%的库仑效率，并在50 mA g⁻¹下循环300次后保持314.9 mAh g⁻¹的容量。在1、2、10和15 A g⁻¹电流密度下，其别离供给了215.6、187.4、133.3和112.5 mAh g⁻¹的容量[18]。Zhang等人使用LiF + HCl组成了Ti₃C₂Tₓ MXene，通过醇剥离后，在100、300和1000 mA g⁻¹电流密度下循环100次后的容量别离为226.3、137.9和102 mAh g⁻¹[19]。Sun等人在60 °C下用49% HF对Ti₃AlC₂进行了24小时剥离，随后进行DMSO插层，首圈容量到达264.5 mAh g⁻¹，75圈后为118.7 mAh g⁻¹，尽管F基团影响了电导率[20]。通过NaOH处理组成的无氟Ti₃C₂Tₓ MXene在0.5 A g⁻¹下循环250次后体现出106.6 mAh g⁻¹的容量。Chen等人发现，在40 wt% HF中刻蚀0.5小时的Ti₃C₂Tₓ功能最佳，体积比容量为331.6 mAh cm⁻³，在1C倍率下循环100次后的质量比容量为160 mAh g⁻¹，这归因于Li-Al合金的形成[21]。
本研讨探讨了剥离的Ti₃C₂Tₓ MXene的电化学行为和储锂能力，旨在评价其作为下一代锂离子电池负极资料的潜力。该资料选用50% HF刻蚀剂从Ti₃AlC₂组成，随后通过长时间超声处理以增强剥离效果和外表可及性。与从前报导的结果比较，这种组成方法显著提高了比容量、循环稳定性和库仑效率。值得注意的是，在250次充放电循环中对电化学功能进行了评价，展现出杰出的长时间稳定性。这些发现着重了Ti₃C₂Tₓ作为高功能负极的潜力，并为MXene基储能资料领域做出了重要贡献。