室温钠硫电池因其超高的储能容量和极低的成本而引起了研究人员的关注，但其较差的循环性能和严重的多硫化钠溶解阻碍了其实际应用。在这里，报道了一种基于氢氧化镍的稳定的MXene衍生的复合硫主体材料，其表面涂有碳纳米网络，以实现多硫化钠的吸附和转化。由于封闭层状结构提供的物理约束以及MXene吸附和Ni(OH)2催化活性的协同效应，穿梭效应被有效抑制。反应后电极的原位分析表明，复合材料对多硫化物具有较强的吸附作用。此外，Ni(OH)2还能加速硫向硫化钠的反应过程。因此，Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S复合正极在0.22C下经过100次循环后可提供非凡的可逆容量1175.3mAh/g，并具有优异的长循环稳定性（2.2C下673.5mAh/g，衰减率仅为800 个周期内每个周期 0.032%）。
 
Fig 1. Ti3C2TX/Ni(OH)2/C 混合物的制造。 a）3D Ti3C2TX/Ni(OH)2/C复合材料的整体制备过程。 b) Ti3C2TX MXene ,c)Ti3C2TX/Ni(OH)2/C的 SEM 图 。 d) TEM 和 e) Ti、Ni、C、O 的 EDS 元素图。 f) 氮等温线和g) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C 的孔径分布曲线。
 
Fig 2.Ti3C2TX/Ni(OH)2/C 复合材料和对照样品的表征。 (a) XRD 谱。 b) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C、Ni(OH)2 和 Ti3C2TX 的拉曼曲线。 (c) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S 的热重分析 (TG) 曲线。 d) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C 复合材料的 XPS 测量光谱以及 e) Ni 2p、f) Ti 2p 和 g) O 1s 的高分辨率光谱。
 
Fig 3. Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S 和对照样品作为 RT Na-S 电池阴极的电化学表征。在 0.5–2.8 V 电压范围内，a) 0.2 mV s^-1 时的 CV 曲线。 b) 0.22C恒流充放电电压分布曲线。 c) 0.22C 下的循环性能。 d) 评价绩效。 e) 2.2 C 下的循环性能。


 Fig 4. 电化学动力学机制。 a) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S复合阴极在 0.2–1.2 mV s^-1 时的 CV 曲线. b) 扫描速率为 0.2 mV s^-1 时的 CV 曲线比较. c) 0.22C 下的充放电电压曲线。 d) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S、Ni(OH)2/C/S、Ti3C2TX/S 的 EIS 曲线。 e) Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S 的 GITT 电位分布和 Na⁺ 扩散系数。 f) 纯 Na₂S₆ 溶液以及添加了复合材料和对照样品的溶液的照片和相应的 UV vis（紫外/可见）光谱。
 
Fig 5. 机制的表征。 a）含有Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S正极的RT Na-S电池在0.22C下的第三次恒电流充放电曲线以及相应的异位XRD图案。 b) 30 个循环后阴极上的 XRD 图案。 Ti3C2TX/Ni(OH)2/C/S 杂化材料 30 次循环后的 c) Ni 2p 和 d) S 2p 的高分辨率 XPS 谱图。
 
        相关研究工作由吉林大学Wei Han课题组于2023年在线发表在《Chemical Engineering Journal》期刊上，3D layered structure Ti3C2Tx MXene/Ni(OH)2/C with strong catalytic and adsorption capabilities of polysulfides for high-capacity Sodium–Sulfur battery。
原文：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144528。

转自《石墨烯研究》公众号