Dual Strategies of Na + Electrolyte Additives and Dendrites Protective Ti 3 C 2 T X ‐MXene/Zn Anode with 2D MXene Nanosheet Encased Niobium Pyrophosphate (NbP 2 O 7 ) Composite Binder‐Free Cathode for Stable Zinc‐Ion Storage

材料科学 纳米片 电解质 阳极 无机化学 纳米技术 物理化学 冶金 电极 化学
作者
Amar M. Patil,Hyo‐Min You,Arti A. Jadhav,Jongwoo Hong,Sushanta K. Das,Suprimkumar D. Dhas,Tae Jin Lim,Eun Byoul Lee,Kyung Yoon Chung,Kyeounghak Kim,Seong Chan Jun
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (3) 被引量:15
标识
DOI:10.1002/aenm.202403322
摘要

Abstract Zinc‐ion capacitors (ZICs) are promising next‐generation energy storage systems (ESS) owing to high safety, material abundance, environmental friendliness, and low cost; however, the energy density of ZICs must be improved to compete with lithium‐ion batteries (LIBs). Here, the study implements three strategies to enhance the electrochemical performance and manage dendritic growth on Zn anodes, including crafting a highly efficient redox electroactive niobium pyrophosphate (NbP 2 O 7 )/Ti 3 C 2 T X ‐MXene binder‐free cathode, incorporating a NaClO 4 additive electrolyte, and applying a protective Ti 3 C 2 T X ‐MXene layer on Zn anode. The cathode facilitates rapid Zn 2+ ion diffusion and a stable host structure. An electrostatic protection layer formed in additive electrolyte and MXene layers regulates the uniform distribution of the electric fields and supports the equalization of nucleation sites. These results are supported by density functional theory (DFT) calculations. The ZICs display an excellent specific capacitance (113.3 F g −1 at 1.5 A g −1 ) in aqueous additive electrolytes. The flexible solid‐state ZICs exhibits a volumetric capacitance of 865.05 mF cm −3 , and an energy density of 0.347 mWh cm −3 at 2.29 mW cm −3 along with capacitance retention of >100% over 38 000 charge‐discharge cycles.
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