NiFe-LDH/MXene nano-array hybrid architecture for exceptional capacitive lithium storage

材料科学 阳极 电极 电化学 锂(药物) 化学工程 超级电容器 电容 电子转移 纳米技术 化学 医学 工程类 内分泌学 物理化学 有机化学
作者
Jian Shen,Guangxu Yang,Guangbin Duan,Xi Guo,Li Li,Bingqiang Cao
出处
期刊:Dalton Transactions [Royal Society of Chemistry]
卷期号:51 (48): 18462-18472 被引量:8
标识
DOI:10.1039/d2dt03024a
摘要

Layered double hydroxides (LDHs) have great advantages in the domain of energy storage because of their exchangeable anions and large specific surface area. Nevertheless, the shortcomings of their poor electrical conductivity, easy stacking of nanosheets, and large volume variation in the cycling processes lead to unsatisfactory cycling stability and rate performance, which severely limits their further application. Therefore, we generated homogeneous nanoarrays of NiFe-LDH on the surface of Ti3C2Tx-MXene by a refluxing process. The resulting NiFe-LDH/MXene-500 hybrid material was applied as an anode of a lithium-ion battery (LIB) and exhibited a discharge capacity of 894.8 mA h g-1 at 200 mA g-1 (over 300 cycles) and could maintain a reversible capacity of 547.1 mA h g-1 even at 1 A g-1. With the addition of MXene, the volume increases of the NiFe-LDH/MXene hybrid materials were also significantly alleviated. The thickness of the NiFe-LDH/MXene-500 electrode only increased by 31% after 50 cycles, which was far better than the prepared NiFe-LDH electrode. On the hand, the synergistic interaction of NiFe-LDH and MXene could stabilize the structure, reduce the activation barrier of ion/electron diffusion, and promote electron transfer in the electrode. MXene with high conductivity can be used as electrical and ionic conductance media to promote the transformation reaction of NiFe-LDH. According to the detailed kinetic analysis, the capacitance control behavior is the main electrochemical reaction of NiFe-LDH/MXene electrodes.
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