Small Methods: 碳化钒MXene用于锌离子存储:水合物沉淀及H+/Zn2+共嵌入机制

水系锌离子存储器件作为锂离子电池的替代品之一具有广泛的应用前景,开发廉价稳定的电极活性材料对于最大限度地储存锌离子极其关键。近年来,MXenes作为一种新型的二维材料,具有独特的层状结构和丰富的表面化学性质,是一种潜在的高效锌离子存储材料。

中国科学技术大学国家同步辐射实验室宋礼教授课题组成功设计和构筑了一种多孔剥层碳化矾和碳纳米管复合膜状电极新材料。他们结合同步辐射X-ray表征和电镜技术对其水系电解液中锌离子的存储进行了原位探究。研究结果表明,随着V2C MXene的剥层和氨蚀刻,中孔体积和V-O官能团的含量显著增加。引入的CNT可以避免V2C纳米片堆叠并形成良好的导电网络,从而获得优异的储锌性能。同时,在循环过程中存在质子和锌离子共嵌入过程,证明了H+/Zn2+共同作用机制。更加有趣的是,锌离子器件组装伊始形成的静电场能够促使正负极片表面产生(Zn(OH)2)3(ZnSO4)(H2O)n (n=3, 5)水合物的沉淀,并通过原位X-ray吸收谱进一步证实了水合物沉淀在充电/放电循环过程中的存在形式。这一研究工作基于同步辐射软线和硬线的X-ray吸收谱技术,探测了水系锌离子器件中水合物沉淀的形成过程,验证了ZIB中的H+/Zn2+离子共嵌入机制,有望为理解二维电极材料应用于水系离子存储器件提供了一种有效的手段。

相关内容以“Delaminating Vanadium Carbides for Zinc Ion Storage: Hydrate precipitation and H+/Zn2+ co-action mechanism”为题在线发表在Small Methods上(DOI: 10.1002/smtd.201900495)。