Iodine-redox-chemistry-modulated ion transport channels in MXene enables high energy storage capacity

阳极 材料科学 氧化还原 离子 储能 纳米技术 离子运输机 电压 化学工程 电极 化学 电气工程 功率(物理) 有机化学 工程类 物理 物理化学 量子力学 冶金
作者
Jie Wang,Linlin Hao,Jinwen Qin,Xing Zhang,Yang Cheng,Lufeng Yue,Yixin Wang,Minxia Jiang,Zhenhua Wang,Minhua Cao,Zhenhua Wang,Minhua Cao
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:66: 103209-103209 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103209
摘要

Ti3C2Tx MXene anode often faces the great challenge of a low capacity due to its sluggish ion transport kinetics. Herein we report iodine-redox-chemistry-modulated intelligent ion transport channels in Ti3C2Tx MXene, enabling its Li-ion storage beyond theoretical capacity. The −I terminations modified on the Ti3C2Tx surface (I−Ti3C2Tx) are oxidized into linear −I3 in the late stage of the charging process, which dramatically expand the interlayer spacing of Ti3C2Tx to accelerate the Li-ion extraction. Meanwhile such self-expanded ion transport channels are more conducive to the Li-ion insertion in the following discharging process, during which the −I terminations are regenerated. This voltage-responsive and reversible conversion between the −I and −I3 terminations in Ti3C2Tx MXene achieves an intelligent bidirectional adjustment of ion transport channels. As a consequence, the I−Ti3C2Tx delivers high capacity (1.8-fold capacity of the pristine Ti3C2Tx at 0.1 A g−1), outstanding rate capability (4.5 times the capacity of the pristine Ti3C2Tx at 2.0 A g−1), and long-term cycling stability (268.5 mAh g−1 at 1.0 A g−1 over 800 cycles), even in a full cell (300.7 mAh g−1 at 0.1 A g−1) and with a wide temperature environment. This work provides an effective approach for maximizing the actual capacity of Ti3C2Tx MXene.
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