研究人员利用激光脉冲来提高MXene电极的性能有助于开发下一代电池

2023-08-03 02:19:22 来源：盖世汽车小 中

(资料图片仅供参考)

据外媒报道，阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的研究人员利用激光脉冲来调整MXene替代电极材料的结构，从而提高其能量容量和其他关键性能。研究人员希望这一策略有助于改进负极材料设计，以用于下一代电池。

（图片来源：阿卜杜拉国王科技大学）

石墨中含有平坦的碳原子层，在电池充电期间，锂原子嵌入并储存在这些层之间。MXene中也含有可以容纳锂的层，这些层由与碳或氮原子键合的钛或钼等过渡金属制成，从而使这种材料具有高导电性。这些层表面还具有额外的原子，例如氧或氟。基于碳化钼的MXene具有特别好的储锂能力，但是经过反复的充放电循环，其性能会迅速下降。

为了解决这一问题，研究人员利用红外激光脉冲，在MXene中创建小碳化钼“纳米点”（nanodots）。该工艺名为激光划片（laser scribing）。这些纳米点大约有10纳米宽，通过碳材料与 MXene层相结合。该工艺具有若干优势。首先，纳米点可以提供额外的锂存储能力，并加速充放电过程。其次，通过激光处理，可以减少材料中的氧含量，有助于防止形成氧化钼。最后，纳米点和层体之间的强劲结合，可以改善MXene的电导率，在充放电期间使其结构保持稳定。

研究人员利用激光划片材料来制作负极，并在锂离子电池中对其进行了1000多次充放电循环测试。受益于纳米点，该材料的电存储容量是原始MXene的四倍，几乎达到石墨的最大理论容量。在循环测试期间，该激光划片材料也未表现出容量损失。

研究负责人之一Zahra Bayhan表示：“从这里可以看出，Mo2CTx不稳定的循环性能要归因于随结构降解其部分氧化成MoO x。研究人员开发出一种激光诱导Mo2CTx/Mo2C (LS-Mo2CTx)混合负极，其中Mo2C纳米点增强了氧化还原动力学，而且通过激光降低氧含量，可以防止由氧化引起的结构退化。同时，在充放电循环过程中，Mo2C纳米点和Mo2CTx纳米片之间因激光诱导形成的强连接，能够提高导电性，使结构保持稳定。”

所制备的LS-Mo2CTx负极，经过1000次以上的循环后，表现出340 mAh g -1的增强容量（原始容量 83 mAh g -1），并具有更好的循环稳定性，容量保持率为106.2%（原始的容量保持率为80.6%）。这种激光诱导合成方法凸显了基于MXene的混合材料在高性能储能应用中的潜力。

研究人员认为，这种激光划片方法可以作为改善其他MXene材料性能的通用策略。这将有助于开发新一代可充电电池，在电池中使用比锂成本更低、更丰富的金属。与石墨不同，MXene还可以嵌入钠离子和钾离子。

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