在Lewis酸性熔盐中室温下实现了MXenes的无氟、无水电化学制备。此外，研究了MAX相V₂AlC在有机离子液体铝电池中的阳极反应，测定了MAX相V₂AlC中金属原子Al和V的萃取电压。这为MXenes的恒压电化学制备指明了方向。进一步研究了V₂AlC (E-V₂AlC)在铝电池中的电化学性能。一站式制备应用过程避免了MXenes与水和空气的接触，而蚀刻在铝电池中的MXenes更有利于Al³⁺的插/脱插。因此，E-V₂AlC在铝电池中表现出了优异的电化学性能。在电压窗口为0.01-2.3 V (V vs Al/Al³⁺)、电流密度为500 mA g^-1的条件下，6500次循环后的比放电容量约为100 mAh g^-1。研究了E-V₂AlC在铝电池中的储能机理和法拉第储能方法。采用恒流间歇滴定法测定了Al³⁺的扩散系数D。从动力学的角度阐明了其优异电化学性能的原因。
 
 
图1 MAX相的电化学刻蚀机理图。
 
 
图2。V₂AlC在铝电池中的电化学性能。(a) 0.01 2.4 V (V vs Al/Al³⁺)电压窗口内的CV曲线。(b) 0.01-2.0 V， (c) 0.01 -2.1 V， (d) 0.01-2.2 V， (e) 0.01-2.3 V，和(f) 0.01-2.4 V(所有vs Al/Al³⁺)在铝电池中的循环性能。(g) V₂AlC在铝电池中的循环性能(电流密度为500 mA g-1，电压窗口为0.01-2.3 V)。
 
 
图3 在不同电压范围(a) 0.01-2.0 V， (b) 0.01-2.1 V， (c) 0.01-2.2 V， (d) 0.01-2.3 V， (e) 0.01-2.4 V)， V₂AlC循环150次后的SEM图像。(f) V₂AlC循环后的SEM图像(电流密度为500 mA g^-1，电压窗口为0.01-2.3 V)。(g) V₂AlC在铝电池中循环前后的XRD图谱。
 
 
图4。E-V₂AlC在铝电池中的电化学刻蚀及电化学性能。(a)蚀刻过程的电压和电流曲线。(b)铝电池E-V₂AlC的CV曲线。(c)铝电池e -V₂ALC充放电曲线(0.01-2.3 V)。(d, e)铝电池e- V₂ALC倍率性能。(f) E-V₂AlC在铝电池中的循环性能(0.01-2.3 V)。(g) E-V₂AlC在铝电池中的阻抗谱(h) E-V₂AlC在0.01-2.4 V铝电池中的循环性能。(i) E-V₂AlC在0.01-2.4 V铝电池中的充放电曲线。
 
 
图5。E-V₂AlC的SEM和TEM图像。(a) V₂AlC的SEM图像，插图为所选区域的EDS谱图。(b, c)不同放大条件下E-V₂AlC的SEM图像 (d) V₂AlC的高分辨率TEM图像，插图为对应的SAED模式。(e) e - V₂ALC的TEM图像。(f, g)不同放大条件下E-V₂AlC的高分辨率TEM图像。(h, i) V₂CCl₂的平面和截面晶体结构图。(j) SEM图像的6500年后E-V₂AlC周期(0.01 - 2.3 V电压窗口)。(k) SEM图像E-V₂AlC 2500次后,和插图显示了所选区域的EDS谱(电压窗口是0.01 - 2.4 V) (l)的高分辨率透射电镜图像E-V₂AlC 2500次后,和对应的插图显示了SAED模式。
 
  图6。(a) V₂AlC的XRD细化谱图。(b) E-V₂AlC的XRD细化谱图。(c) V₂AlC和E-V₂AlC的XPS谱图。(d) E-V2AlC的高分辨率C 1s XPS谱。(e) e - V₂ALC的高分辨率Cl 2p XPS谱。(f) E-V₂AlC在不同电压下的高分辨率V - 2p XPS谱。(g) V₂AlC和E-V₂AlC的高分辨率Al 2p XPS谱，以及E-V₂AlC放电后的高分辨率Al 2p XPS谱。
 
  图7 铝电池E-V₂AlC赝电容行为及动力学研究。(a)不同扫描速率下的CV曲线，(b) log(I)与log(V)的关系, (c) 0.6 mV s⁻¹扫描速率下的表面赝电容百分比;,(d) 不同扫描速率下的表面赝电容百分比,(e) E-V₂AlC充放电过程的GITT曲线,和(f) Al³⁺扩散系数。
  
      相关科研成果由北京科技大学Jianling Li等人于2021年发表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c16706.)上。原文：In Situ Preparation of MXenes in Ambient-Temperature Organic Ionic Liquid Aluminum Batteries with Ultrastable Cycle Performance。

转自《石墨烯研究》公众号