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半導(dǎo)體所&吉大AM: MXene支撐的碳質(zhì)負(fù)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(chǔ)能設(shè)備的主要候選者。

然而，在離子插入和提取過(guò)程中產(chǎn)生的高排斥力極大地限制了它們的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)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。

近日，中科院半導(dǎo)體所王麗麗副研究員、沈國(guó)震研究員和吉林大學(xué)韓煒教授等人合作在由2D Ti₃C₂T_x MXene高導(dǎo)電層封裝的真菌衍生碳基質(zhì)上制備了一種新型Fe_x-1Se_x異質(zhì)結(jié)構(gòu)（Fe_x-1Se_x/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(chǔ)容量，以及在高充放電速率下優(yōu)異的容量保持率。

圖1. SIBs中Fe_x-1Se_x?/MXene/FCR負(fù)極的Na⁺存儲(chǔ)行為機(jī)制

MXene作為導(dǎo)電層防止Fe_x-1Se_x片在真菌衍生的碳質(zhì)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(chǔ)的表面驅(qū)動(dòng)貢獻(xiàn)率。

此外，還進(jìn)行了原位同步加速器衍射和非原位X射線光電子能譜測(cè)量，以揭示Fe_x-1Se_x/MXene/碳質(zhì)納米帶異質(zhì)結(jié)構(gòu)中Na⁺的存儲(chǔ)和脫合金轉(zhuǎn)化過(guò)程的機(jī)制。因此，組裝的包含MXene支撐的Fe_x-1Se_x@碳質(zhì)負(fù)極的Na/K全電池具有穩(wěn)定的大離子存儲(chǔ)能力。

圖2. 基于Fe_x-1Se_x/MXene/FCR負(fù)極的鈉/鉀離子全電池的電化學(xué)性能

Ti₃C₂T_x MXene Conductive Layers Supported Bio-Derived Fe_x-1Se_x/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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