二维 MXene 一直是能源领域的后起之秀，因为它们可以快速储存能量。但是它们不稳定的电压输出限制了它们的应用。由城市大学 (CityU)科学家领导的合作研究小组最近通过使用高压扫描策略开发了具有稳定电压输出和高能量密度的电池状电化学 Nb2CTx MXene 电极。这些最新发现可能会在发明下一代强大的电池方面取得突破。
该研究由材料科学与工程系(MSE)的支春义教授和助理教授范军博士共同领导。MSE陈芙蓉讲座教授也为这项研究做出了巨大贡献。该研究结果已发表在科学期刊焦耳上，标题为“高压扫描诱导的水性电解质中Nb2CTx MXene 阴极的固有电压平台”。
能源界的后起之秀
MXene是二维纳米材料的一大家族，近十年来一直是储能领域二维材料的研究热点。由于优异的电子导电性和大表面积，MXene 具有快速表面氧化还原和高倍率能量存储的特点。
但是 MXene 储能的最大挑战是所有报道的 MXene 电极都缺乏明显的放电电压平台，这意味着它们以快速下降的输出电压放电。这一缺点降低了 Mxene 的能量密度和所需高压区域的稳定能量输出，导致能量密度有限，通常小于 100 Wh kg-1。
为克服能量输出不稳定的问题，城大领导的研究团队成功研发出电池型Nb2CTx MXene电极。该团队通过将电压窗口从 2.0V 调节到 2.4V，揭示了 Nb2CTx MXene 电极完全不同的电化学特性。在高达 2.4V 的高压扫描下，Nb2CTx MXene 电极显示出典型的电池类型特征，不同于低压下的特征和其他先前报道的 MXene 系统。
使用高压扫描策略时显示出的优越性能
他们发现 Nb2CTx/Zn 电池在高压扫描下可以表现出优异的倍率性能、持久的循环性能和高能量密度。更重要的是，他们成功地为 MXene 配备了平坦且稳定的 1.55V 放电平台，以提高其能量密度。还获得了所有水性 Mxene 电极的创纪录能量密度为 146.7 Wh kg-1，其中 63% 来自高原区域。它打破了 MXene 设备的性能瓶颈。
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