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半導體所&吉大AM: MXene支撐的碳質負極，用于高性能鈉離子和鉀離子半/全電池

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半導體所&吉大AM: MXene支撐的碳質負極，用于高性能鈉離子和鉀離子半/全電池
由于其成本效益和高能量密度，鈉離子電池（SIBs）和鉀離子電池（PIBs）正成為替代鋰離子電池的下一代儲能設備的主要候選者。
然而，在離子插入和提取過程中產生的高排斥力極大地限制了它們的大規模商業應用。因此，有必要為較大的鈉離子 (Na+) 和鉀離子 (K+) 確定合適的主體材料。
半導體所&吉大AM: MXene支撐的碳質負極，用于高性能鈉離子和鉀離子半/全電池
近日，中科院半導體所王麗麗副研究員、沈國震研究員和吉林大學韓煒教授等人合作在由2D Ti3C2Tx MXene高導電層封裝的真菌衍生碳基質上制備了一種新型Fex-1Sex異質結構（Fex-1Sex/MXene/FCRs）。這種材料在0.1 A g-1的電流密度下具有610.9和449.3 mAh g-1的Na+和K+的高比存儲容量，以及在高充放電速率下優異的容量保持率。
半導體所&吉大AM: MXene支撐的碳質負極，用于高性能鈉離子和鉀離子半/全電池
圖1. SIBs中Fex-1Sex?/MXene/FCR負極的Na+存儲行為機制
MXene作為導電層防止Fex-1Sex片在真菌衍生的碳質納米帶上重新堆積和聚集，而天然真菌作為天然N/C源提供仿生納米纖維網絡結構骨架，為高速率離子傳輸提供額外的通路，并在高掃描速率下滿足 Na/K離子存儲的表面驅動貢獻率。
此外，還進行了原位同步加速器衍射和非原位X射線光電子能譜測量，以揭示Fex-1Sex/MXene/碳質納米帶異質結構中Na+的存儲和脫合金轉化過程的機制。因此，組裝的包含MXene支撐的Fex-1Sex@碳質負極的Na/K全電池具有穩定的大離子存儲能力。
半導體所&吉大AM: MXene支撐的碳質負極，用于高性能鈉離子和鉀離子半/全電池
圖2. 基于Fex-1Sex/MXene/FCR負極的鈉/鉀離子全電池的電化學性能
Ti3C2Tx MXene Conductive Layers Supported Bio-Derived Fex-1Sex/MXene/Carbonaceous Nanoribbons for High-Performance Half/Full Sodium-Ion and Potassium-Ion Batteries, Advanced Materials 2021. DOI：10.1002/adma.202101535

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