MXene/Graphene Heterostructures as High-Performance Electrodes for Li-Ion Batteries

石墨烯 MXenes公司 材料科学 异质结 电极 电化学 纳米技术 合理设计 光电子学 物理化学 化学
作者
Yunting Du,Xiang Kan,Feng Yang,Li‐Yong Gan,Udo Schwingenschlögl
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:10 (38): 32867-32873 被引量:147
标识
DOI:10.1021/acsami.8b10729
摘要

Recently, MXene/graphene heterostructures have been successfully fabricated and found to exhibit outstanding performance as electrodes for Li-ion batteries. However, insights into the mechanism behind the encouraging experimental results are missing. We use first-principles calculations to systematically investigate the electrochemical properties of MXene/graphene heterostructures, choosing Ti2CX2 (X = F, O, and OH) as representative MXenes. Our calculations disclose that the presence of graphene not only avoids restacking effects of MXene layers but also enhances the electric conductivity, Li adsorption strength (while maintaining a high Li mobility), and mechanical stiffness. These favorable attributes collectively lead to the excellent performance of MXene/graphene electrodes observed experimentally. While the Ti2CO2/graphene heterostructure is proposed to be the most promising candidate within the studied materials, the developed comprehensive understanding is of significance also for the future rational design of MXene-based electrodes.
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