A Novel Strategy of In Situ Trimerization of Cyano Groups Between the Ti 3 C 2 T x (MXene) Interlayers for High ‑ Energy and High ‑ Power Sodium ‑ Ion Capacitors Siyang Liu, Fangyuan Hu*, Wenlong Shao, Wenshu Zhang, Tian peng Zhang, Ce Song, Man Yao, Hao Huang, Xigao Ji an* Nano‑Micro Lett.(2020)12:135 https://doi.org/10.1007/s40820-020-00473-7 本文亮点 1 . 提出了一种 新颖的N掺杂策略 ，即在二维MXene中间层实现C 2 N 3 − 的三聚。 2. 改进并证明了Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM复合阳极的 超快速赝电容行为 。 3. 通过阳/阴极质量匹配制成了具有高能量密度、长循环寿命的 钠离子电容器 。 内容简介 将超级电容器和钠/锂离子电池机制“内部交叉”,使得两者的优点有机结合于一体,构筑钠/锂离子混合电容器已引起广泛研究和开发。该类器件可为高能量、高功率的社会能源需求问题提供有效的解决方案。然而，由于钠离子半径较大(1.02Å)，其在充放电过程中的缓慢扩散动力学目前饱受困扰。因此，可控地制备具有多级结构和大量活性位点的新型高性能电极材料是关键所在。Ti 3 C 2 T x MXene具有良好的金属导电性，其独特的层状结构能够很好地储存Na + 离子，因此是一种非常具有发展潜力的钠离子电池电极材料。目前，如何有效的利用其表面大量的氧化还原活性位点是关键所在 。 大连理工大学蹇锡高院士团队 为了进一步提高Ti 3 C 2 T x 的储钠性能，提出了一种在Ti 3 C 2 T x MXene层间实现氰基原位三聚的新策略，从而制备高性能钠离子电容器用阳极材料。其扩大的层间距和活性表面积为Na + 离子的提供充足空间，有利于提高材料的结构稳定性；另一方面，原位三聚合产物替代-F基位点而有效的与Ti通过化学键合，实现高含量的稳定N掺杂，提升电化学反应动力学。 结果显示，Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM材料具有非常优异的电化学性能，在100 mA/g的电流密度下，经过1000次循环，可逆容量可达182.2 mAh/g；其组装的钠离子电容器具有较大的能量密度(97.6 Wh/kg)、功率密度(16.5 kW/kg)以及良好的长循环特性。 图文导读 I Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM复合阳极的制备 如图1a所示，采用一步水热合成策略，在二维Ti 3 C 2 T x MXene中间层和表面实现C 2 N 3 − 阴离子的原位三聚。齐聚物C 6 N 9 3− 在水热过程中通过稳定的化学键替代了−F的位点， 稳定均匀的存在于Ti 3 C 2 T x 中间层。从FTIR光谱和XRD图谱可以看出，Ti 3 C 2 T x 的结构没有被破坏，生成了无定形的高N掺杂三聚碳产物。此外，由于三聚产物和游离钠离子的协同作用，Ti 3 C 2 T x 的层间距由10.0 Å扩大至12.6 Å，从而为电解质离子的传输提供了一个开放的空间并因此缓解了二维纳米片的堆积。 图1. (a)Ti 3 C 2 T x /Na3TCM的合成示意图。(b)Na-dca，Ti 3 C 2 T x 和Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM的FTIR光谱，插图显示了C 2 N 3 − 至C 6 N 9 3− 的热三聚过程。(c)Ti 3 C 2 T x 和Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM的XRD图谱。 II Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM的结构表征 由Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM和Ti 3 C 2 T x 的高分辨XPS和Ar离子溅射图像可以看出，齐聚物C 6 N 9 3− 与Ti 3 C 2 T x 表面裸露的Ti原子通过化学键紧密结合。此外，F原子的含量由15.5减少到5.2 at.%，相反，N原子的含量由0增加到5.6 at.%，其中在三嗪环中近80%的N-5和N-6可以快速储存钠离子并提供高的赝电容。由显微图谱得知，Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM呈现出未被破坏的2D纳米片堆栈结构，且层间距得以扩张。EDS元素分布图表明C、Ti、O、N、Na元素均匀的分布在Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM杂化材料中。 图2. (a)Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM和Ti 3 C 2 T x 的高分辨率Ti 2p XPS光谱。(b)Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM和Ti 3 C 2 T x 的高分辨率N 1s XPS光谱。(c)Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM和Ti 3 C 2 T x 的氮气吸附-解吸等温线和孔径分布图。(d)Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM的SEM图。(e)Ti 3 C 2 T x 和(f)Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM的HR-TEM图像。Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM的(g)STEM图像以及相应的h C，i Ti，j O，k N和l Na的元素映射图像。 III Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM的储钠性能探究 以Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM为活性电极，钠为对电极，玻璃纤维为隔膜，1 M NaClO 4 为电解质组装成纽扣电池，进行了电化学性能测试，结果如图3所示。Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM表现出了优异的循环性能和倍率性能，在100 mA/g的电流密度下循环1000圈后，容量没有衰减；在0.05，0.1，0.2，0.5，1，2和5 A/g的电流密度下，其容量分别可以达到210, 174, 157, 147,135, 109和95 mAh/g。此外，通过动力学分析得知，Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM作为高赝电容材料展示出超快的钠离子储存行为。 图3. (a)Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM在不同扫描速率下的CV曲线。(b)在电流密度为20 mA/g时的第一次循环和第20个循环后的充放电曲线。(c)电极的倍率性能。(d)电极的长期循环性能和库伦效率。(e)Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM和Ti 3 C 2 T x 在循环前后的Nyquist图。(f)电极在阴极和阳极峰处的b值。(g)样品在不同电位下的阳极峰b值。(h)在0.1到1 mV/s的各种扫描速率下的电容贡献率。 IV Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM的第一性原理计算 运用第一性原理对Na + 离子在Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM中的静态吸附和动态嵌入可行性进行了理论计算，如图4所示。结果表明，在Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM最稳定位上的Na原子的E ads (−3.22 eV)比原始Ti 3 C 2 T x (−3.05 eV)低，很容易说明增加的N原子降低了整个体系的吸附能，从而促进了Na离子的储存。此外，相对于在Ti 3 C 2 T x 表面扩散时，Na + 离子在Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM表面的迁移能垒更低。计算结果表明在N掺杂后，Na + 离子的扩散速率增加；随后，Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM表面更容易吸收Na离子，从而促进了电解质中游离Na离子的额外插层，这与实验结果吻合得很好。 图4.(a-c)吸附在1×1 Ti 3 C 2 表面上不同位点的O原子。Na原子吸附在3×3的(d)Ti 3 C 2 T x 和 (e)Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM 表面上最稳定的位置。(f)NEB计算中Na在Ti 3 C 2 T x 和Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM表面的扩散曲线。 V Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM//AC钠离子电容器的组装及其电化学性能 为了更好地评价Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM的电化学性能，以Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM为阳极、商业活性炭(AC，YP80F)作阴极并组装为钠离子电容器，在0~4V的高电压窗口下测试其电容特性。通过优化不同阳/阴极质量比，最终获得性能最为优异的钠离子电容器Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM//AC-1:2。通过恒流充放电的积分曲线计算可知，该钠离子电容器在功率密度为76 W/kg时，其能量密度为97.6 Wh/kg，当功率密度增加至16.5 kW/kg时，其能量密度为36.6 Wh/kg，值得注意的是，Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM//AC-1:2在36s内完成快速充放电过程时，仍能达到50 Wh/kg的高能量密度。此外，Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM//AC-1:2在4000次循环后表现出优异的电容保持率约为90.8%，8000次循环后约为82.6%。 图5. (a) Ti 3 C 2 T x /Na 3 T CM//AC NIC 的电荷存储机制。(b)不同阳/阴极质量比的Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM//AC NIC的CV曲线对比。(c)Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM//AC NIC与先进的基于MXene电极的LIC和NIC的Ragone图。(d)Ti 3 C 2 T x /Na 3 TCM//AC NIC的电容保持率和库伦效率。 作者简介 刘思洋 本文通讯作者 大连理工大学材料学院 博士研究生 ▍ 主要研究领域 针对于Mxene基、碳基复合材料的设计与开发及其在钠离子电容器储能器件方面的应用。 ▍ 主要研究成果 现已在Nano-Micro Lett., Nano energy, J. Mater. Chem. A等期刊发表多项研究成果。 ▍ Email: Liu0sy@mail.dlut.edu.cn 胡方圆 本文通讯作者 大连理工大学 副教授 ， 博士生导师 ▍ 主要研究领域 主要从事电极材料的设计与开发及其在离子混合型电容器、钠离子电池、锂硫电池中的应用研究；从分子设计出发，开发新型微孔聚合物电解质膜并探索其在能源领域的应用。 ▍ 主要研究成果 现任辽宁省能源材料及器件重点实验室副主任。主持国家重点研发计划项目子课题、国家自然科学基金青年科学基金项目省部级以上项目4项，此外还主持大连市青年科技之星计划项目，参与完成十二五863计划课题和国家自然科学基金联合基金重点支持项目。在能源材料领域和交叉学科期刊如Nano Energy，J.Mater. Chem. A，ACS Appl. Mater. Interfaces等发表论文20余篇，授权/申请发明专利10余项。曾获辽宁省“兴辽英才”青年拔尖人才，大连市“青年科技之星”等荣誉称号，入选大连理工大学“星海学者”人才培育计划等，获辽宁省自然科学学术成果奖二等奖，鞍山市科技进步一等奖，大连市自然科学优秀学术论文一等奖等科研奖励。 ▍ Email: hufangyuan@dlut.edu.cn 蹇锡高 本文通讯作者 大连理工大学 教授，博士生导师 ▍ 主要研究成果 蹇锡高，中国工程院院士，有机高分子材料专家，大连理工大学教授，博士生导师。现任大连理工大学高分子材料研究所所长、辽宁省高性能树脂工程技术研究中心主任、《中国材料进展》副理事长、中国塑料加工工业协会专家委员会副主任、中国新材料技术协会名誉会长、中国膜工业协会专家委员会副主任、中国石油与化学工业联合会专家委员会副主任等职，享受国务院政府特殊津贴。蹇锡高院士长期从事高分子材料合成、改性及其加工应用新技术研究，在高性能工程塑料、高性能树脂基复合材料、耐高温特种绝缘材料、涂料、耐高温高效功能膜等领域做出了重大创造性成就和贡献。先后主持完成国家重点科技攻关、“863”、军工配套、973项目子课题、国家自然科学基金、科技部创新基金、火炬计划、振兴东北老工业基地项目、省市重大科技攻关及产业化项目等30余项。授权发明专利20余件，其中2项专利被评为世界华人重大科技成果，12项技术成果已产业化。先后被评为国家有突出贡献中青年专家，获国防军工协作配套先进工作者、辽宁省优秀专家等称号。先后获得包括2003年国家技术发明二等奖、2011年国家技术发明二等奖在内的12项省部级以上科技奖励；获2015年世界知识产权组织和中国知识产权局颁发的中国发明专利金奖和2016年日内瓦国际发明展特别金奖。 ▍ Email: jian4616@dlut.edu.cn 撰稿： 原文作者 编辑：《纳微快报》编辑部 关于我们 Nano-Micro Letters《纳微快报》是上海交通大学主办、Springer Nature合作开放获取(open-access)出版的英文学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, commentary, perspective, letter, highlight, news, etc)，包括微纳米材料的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、吸波、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、SCOPUS、DOAJ、CNKI、CSCD、知网、万方、维普等数据库收录。2019 JCR影响因子：12.264。在物理、材料、纳米三个领域均居Q1区(前15%)。2019 CiteScore：12.9，材料学科领域排名第4 (4/120)。中科院期刊分区：材料科学1区TOP期刊。全文免费下载阅读(http://springer.com/40820)，欢迎关注和投稿。 E-mail： editor@nmletters.org Tel： 021-34207624
Comprehensive Design of the HighSulfur-Loading Li-S BatteryBased on MXene Nanosheets Shouzheng Zhang 1,3‡ , Ning Zhong 2‡ , Xing Zhou 2 , Mingjie Zhang 2 , Xiangping Huang 3 , Xuelin Yang 1* , Ruijin Meng 2 , Xiao Liang 2* Nano‑Micro Lett.(2020) 12:112 https://doi.org/10.1007/s40820-020-00449-7 本文亮点 1. 将带负电的MXene纳米片与正电荷修饰的科琴黑/硫(KB/S)或KB进行 静电自组装 ，以构建交织结构的复合材料。 2. 所设计的KB/S@Ti 3 C 2 T x 结构构架允许高硫负载并适应其相应的体积变化，在维持 结构完整性 的同时维持 良好的离子和电子运输能力 。 3. KB@Ti 3 C 2 T x 中间层进一步 抑制了从硫正极逸出的多硫化物 。此外它的面密度仅为0.28 mg cm -2 ，厚度仅为3 μm，对电池能量密度的影响极小。 研究背景 面对便携式电子设备，电动汽车以及可再生能源不断增长的需求，迫切需要开发具有低成本、高能量密度和长使用寿命的储能设备。技术分析表明当Li-S电池面能量密度达到4 mAh cm -2 时可与当下最新的Li-ion电池技术相竞争从而体现出其高能量密度的优势，然而高载量下的厚硫电极面临体积膨胀、动力学慢和循环性能差的挑战。本工作基于对多硫化物具有强吸附作用且具有高电导率的MXene材料，从正极结构设计以及隔膜修饰两方面综合设计一种可容纳大量硫、有效截留多硫化物并在循环中维持高效离子和电子传导的材料结构，旨在构建高硫载量下稳定循环的Li-S电池。 内容简介 三峡大学材料与化工学院杨学林团队与湖南大学化学化工学院梁宵团队共同合作，基于梁宵教授对MXene材料在锂硫电池的开发应用基础上，以科琴黑(KB)辅助材料构造骨架，交织包裹MXene纳米片，通过静电自组装制备具有交织结构的KB/S@Ti 3 C 2 T x 复合正极材料和KB@Ti 3 C 2 T x 复合材料分别用于构造稳健的硫正极以及中间层修饰隔膜。该综合设计可在高硫载量下维持厚电极的稳定性，显著抑制多硫化物逸出电极避免造成电极结构的坍塌并且修饰后的隔膜更进一步的阻碍多硫化物的穿梭效应，从而表现出优良的电化学性能。 在此，我们基于MXene纳米片进行了电极材料和电池结构的综合设计，旨在实现高硫面负载的Li–S电池的稳定循环性能。将固有的带负电的MXene纳米片组装到正电荷修饰的科琴黑/硫(KB/S)颗粒上，以构建交织的KB/S@Ti 3 C 2 T x 复合材料。科琴黑提高了硫的电导率，Ti 3 C 2 T x 保障了对可溶性多硫化物的物理/化学吸附并进一步提高了电导率。更重要的是，自组装构成的二次粒子结构显著的维持了硫电极充放电时体积变化下的结构稳定性。通过类似的自组装方法制备的KB@Ti 3 C 2 T x 涂覆在商用隔膜上，以进一步阻碍可能从阴极逸出的多硫化物。KB@Ti 3 C 2 T x 中间层的面积载荷仅为0.28 mg cm -2 ，厚度为3 μm，对厚电极的体积和质量影响不大，从而几乎不影响电池的能量密度。通过结合稳健的KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极和有效的KB@Ti 3 C 2 T x 改性隔膜，我们获得了于相对较少的电解液下循环稳定的Li–S电池，具有相对较高的硫面负荷(5.6 mg cm -2 )和较高的面容量(6.4 mAh cm -2 )。 图文导读 I KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极材料与KB@Ti 3 C 2 T x 涂层材料 的制备 图1a是KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极材料的制备流程示意图。选择LiF/HCl混合溶液为刻蚀剂剥离制备单层Ti 3 C 2 T x 纳米片。用PEI修饰载硫后的KB/S材料使其带有正电荷，通过正负电荷相互作用力使得固有的带负电的Ti 3 C 2 T x 纳米片与KB/S自组装构成二次粒子，该复合材料以KB/S为核，Ti 3 C 2 T x 纳米片层层包裹，具有交织的构造。图1b表征了各个材料的ZETA电位，证明了静电自组装成功进行。正电荷修饰后的材料KB/S-PEI和自带负电荷的Ti 3 C 2 T x 纳米片在水中分散性极好，当两者混合后由于静电作用进行自组装从而沉降。KB@Ti 3 C 2 T x 涂层材料的制备方法类似。图1d、e和图1f、g分别为KB/S和KB/S@Ti 3 C 2 T x 的SEM图像，可以明显的看出Ti 3 C 2 T x 纳米片被均匀的组装到KB/S上构成10 μm左右的二次粒子。 图1.(a)KB/S@Ti 3 C 2 T x 复合材料的制造示意图。(b)Ti 3 C 2 T x 纳米片，KB/S-PEI和KB/S@Ti 3 C 2 T x 的Zeta电位。(c)KB/S-PEI，Ti 3 C 2 T x 和KB/S@Ti 3 C 2 T x 水悬浮液的数码照片。KB/S(d，e)和KB/S@Ti 3 C 2 T x (f，h)的SEM图像。 II KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极材料的电化学性能和抗体积变化能力 我们通过SEM表征系统地评估了KB/S@Ti 3 C 2 T x 和KB/S电极在循环过程中电极结构的变化。如图2a，c所示，KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极和KB/S电极在未循环时电极材料都是紧密互连的，但经过10圈循环后，KB/S电极上表面发生了明显的损坏和裂纹(图2d)，而KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极则并未检测到电极发生明显的破坏(图2b)。横截面SEM图像表现出更多有关电极结构稳定性的详细信息。在循环之前，两个电极的厚度相同。KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极紧密连接的颗粒略微膨胀约为18％(图2e，f)，而KB/S电极在充电时坍塌，并在电极中留下裂纹和孔洞(图2g，h)。我们假设多硫化物溶解是KB/S电极坍塌的原因，导致活性物质损失并在电极中留下孔洞。这种差异说明 KB/S@Ti 3 C 2 T x 复合材料具有将活性物质保持在电极中的能力，同时二次粒子的结构可适应循环中的体积变化，从而有效地维持了电极的完整性。 图2.通过SEM图像对比两种硫电极(a)未循环的KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极，(b)10个循环后的KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极，(c)未循环的KB/S电极，(d)10个循环后的KB/S电极SEM图像。KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极在循环之前(e)和10个循环之后(f)的横截面SEM图像，(g)未循环的KB/S电极和(h)KB/S电极10个循环之后的横截面SEM图像。 图3a为KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极在0.2 C至2 C范围内各种倍率下的电压曲线。即使是在高倍率下，其仍能表现出明显的双电压平台。图3b表现出KB/S@Ti 3 C 2 T x 较优异的倍率性能。图3c表明KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极比KB/S电极具有更好的电化学性能。0.2 C倍率下，100次循环后，KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极的放电容量为812 mAh/g，而KB/S电极的放电容量仅为603 mAh/g。图3d为KB/S@Ti 3 C 2 T x 在0.5 C的长循环，显示了其在400个循环中的稳定。图3e显示了KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极在硫负荷为4.5 mg cm -2 时的电化学性能。在前两个循环中，电池在0.05C下被激活，然后在0.2 C下长期循环。在0.05和0.2 C下的放电容量分别为920和655 mAh/g。100次循环后，容量保持551 mAh/g。与之形成鲜明对比的是，KB/S电池即使在较低的硫面负载(2.6 mg cm -2 )下也只能表现出较低的容量并迅速衰减。图3f为KB/S和KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极的EIS测试，较低的电荷转移电阻表明KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极中的硫氧化还原动力学得到了改善。 图3. (a)KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极在0.2 C至2 C范围内各种倍率下的电压曲线。(b)KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极的倍率性能。(c)KB/S和KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极在0.2 C下的循环性能。(d)KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极在0.5 C的长循环。(e)KB/S和KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极在硫负载分别为2.6 mg cm -2 和4.5 mg cm -2 时，0.2C倍率下的循环性能。(f)KB/S和KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极的奈奎斯特图。 III KB@Ti 3 C 2 T x 涂层进一步提高硫的利用率 在隔膜和正极之间插入中间层是进一步阻碍多硫化物穿梭的有效的方法。图4a SEM图片显示KB@Ti 3 C 2 T x 复合材料是由MXene基体和均匀分布的KB构成的。具有交织结构的KB@Ti 3 C 2 T x 复合材料表面积的增加保证了其充分的暴露出活性位点。用刮刀将复合材料涂覆到隔膜上。图4b的SEM图像显示KB/S@Ti 3 C 2 T x 颗粒被均匀地涂覆在隔膜的表面。KB/S@Ti 3 C 2 T x 的面负载约为0.28 mg cm -2 ，厚度约为3 μm，仅占硫电极厚度的3％(图4c)。KB@Ti 3 C 2 T x 中间层比大多数报道的中间层薄得多，太薄而无法显着影响Li-S电池的体积/重量能量密度。制备好的KB@Ti 3 C 2 T x 涂层修饰隔膜可保持出色的柔韧性和机械强度，如图4d折叠形状时没有开裂脱落的现象。为了验证KB@Ti 3 C 2 T x 涂层修饰隔膜具有抑制多硫化物穿梭的能力，组装了可视H型玻璃电池。图3e显示多硫化物迅速扩散穿过未改性的隔膜，4小时内右侧容器中的溶液从无色变为浅黄色，表明多硫化物的扩散不受控制。与之形成鲜明对比的是，带有KB@Ti 3 C 2 T x 涂层修饰隔膜的H型电池8小时后右侧容器中的溶液仅开始变成浅黄色。 图4. (a)KB/S@Ti 3 C 2 T x 的SEM图像。(b)KB/S@Ti 3 C 2 T x 涂层修饰隔膜的SEM图像。(c)KB/S@Ti 3 C 2 T x 涂层修饰隔膜的SEM截面图。(d)KB/S@Ti 3 C 2 T x 涂层修饰隔膜的照片。(e)使用未改性PP隔膜和KB/S@Ti 3 C 2 T x 涂层修饰后隔膜测量多硫化物的渗透。 图5显示了KB@Ti 3 C 2 T x 改性隔膜对Li–S电池电化学性能的影响。在具有和不具有改性隔板的情况下，基于KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极的电池之间进行了比较。图5a 循环伏安法(CV)测量表明KB@Ti 3 C 2 T x 涂层隔膜可增加阴极峰值电流。中间层中的MXene会在充电/放电过程中抑制多硫化物的逸出，并为活性材料提供额外的反应位点，从而获得额外的电子流。图5b的电压曲线证明了KB@Ti 3 C 2 T x 修饰隔膜可显著提高电池的比容量，同时也变现出更佳的倍率性能(图5c)。图5d显示了带有KB@Ti 3 C 2 T x 修饰隔膜的电池在1 C时也具有更好的循环性能。该电池的初始放电容量为880 mAh/g，在400个循环后仍保持629 mAh/g的相当大的容量，相当于每个循环衰减0.071％。相应地，在图5e中绘制了高硫载量时的面积容量和比容量。其放电容量在0.05 C下为1137 mA h/g，在0.2 C下为810 mAh/g，相应的面容量分别为6.4 mAh cm -2 和4.5 mAh cm -2 。100次循环后，电池仍可提供约600 mAh/g的容量。 图5. (a)具有未改性隔膜和KB/S和KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极的CV曲线，以及具有KB@Ti 3 C 2 T x 修饰后隔膜的KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极的CV曲线。带有KB@Ti 3 C 2 T x 修饰后隔膜的KB/S@Ti 3 C 2 T x 电池的(b)电压曲线，倍率为0.2 C至2C，及(c)倍率性能。(d)带有KB@Ti 3 C 2 T x 修饰隔膜的KB/S@Ti 3 C 2 T x 电极在1 C下的长循环性能及(e)在0.2 C下，5.6 mg cm -2 时高硫负载下的循环性能。 作者简介 梁宵 本文通讯作者 湖南大学 教授、博士生导师 ▍ 主要研究领域 围绕储能电池的基础科学问题，重点开展纳米尺度上电极/电解液界面电化学过程分析及电极反应机理研究，致力于认知微观界面结构与宏观电化学性能关联性，进而从从原子、分子水平设计构筑功能型电极材料与界面，并实现高效储能电池系统的长续航。具体方向为1.锂硫电池；2.水系电池；3.全固态锂电池。 ▍ 主要研究成果 湖南省百人计划(2017年)、湖湘高层次人才计划(2019年)获得者。2012年博士毕业于中国科学院上海硅酸盐研究所，2013年在加拿大滑铁卢大学进行博士后研究，2017年10月入职湖南大学。主要从事高比能二次电池研究，任《储能科学与技术》编委。近年来共发表学术论文30篇，包括Nature Energy (2篇)，Nature Commun.，Angew.Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.，Adv. Energy Mater.，ACS Nano等论文15篇。论文被引用7000余次，共有14篇论文入选ESI高被引文章(其中12篇为第一作者)，且有4篇论文被评为热点文章。获中国发明专利4项(已授权)，申请国际发明专利4项。 ▍ 个人主页： http://grjl.hnu.edu.cn/p/B316BAD9D59ABDBDD16A23011534A5DF#208 杨学林 本文通讯作者 三峡大学教授、博士生导师 ▍ 主要研究领域 主要从事新型能源材料(锂离子电池电极材料)研究，新能源存储技术、高性能储能电池技术。 ▍ 主要研究成果 带领研究团队承担了包括国家自然科学基金8项(主持面上项目3项)、教育部重点项目、湖北省杰出青年基金、湖北省产学研重大及企业横向课题等项目20余项；在Nano Energy等国际权威刊物上发表SCI论文90余篇(ESI论文5篇)，引用1800余次。在天然石墨应用研究领域取得了突破性进展，获授权发明专利12项(转让2项)，为合作企业建成新型锂离子电池石墨负极材料中试生产线一条，研究成果曾获得湖北高校十大科技成果转化项目提名奖；与企业共同申报并获批了湖北省新型石墨材料工程研究中心(2010年)、新型石墨材料国家地方联合工程研究中心(2013)，实现了宜昌地区国家级工程研究中心“零”的突破，为区域石墨产业创新平台建设和新材料产业创新发展起到了积极的推动作用。 ▍ 个人主页： http://clyhg.ctgu.edu.cn/info/1015/3269.htm 撰稿：原文作者 编辑：《纳微快报》编辑部 关于我们 Nano-Micro Letters是上海交通大学主办的英文学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯，在Springer开放获取（open-access）出版。可免费获取全文，欢迎关注和投稿。 E-mail： editorial_office@nmletters.org Tel： 86-21-34207624
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