鄭州大学: 親ナトリウム性 MXene エアロゲルの 3D プリントにより、高い表面積容量を持つ安定した金属ナトリウムアノードを製造できます。

鄭州大学: 親ナトリウム性 MXene エアロゲルの 3D プリントにより、高い表面積容量を持つ安定した金属ナトリウムアノードを製造できます。
出典: 高分子科学の最前線

金属ナトリウムは理論容量が高く、コストが低く、資源が豊富などの利点があり、ナトリウムイオン電池の理想的な負極材料となっています。しかし、Na 金属アノードの実用化は、制御されていない Na デンドライトの問題によって依然として妨げられています。

最近、鄭州大学の王燁教授、徐俊民准教授、シンガポール工科デザイン大学(SUTD)の楊慧英准教授は、直接インク書き込み3Dプリント技術により人工の三次元階層型多孔質親ナトリウムV2CTx/rGO-CNTマイクログリッドエアロゲルを作製し、さらにそれをNa金属のマトリックスとして使用してNa@V2CTx/rGO-CNTナトリウム金属アノードを得ました。実験では、V2CTx/rGO-CNT 電極は、2 mA cm-2 および 10 mAh cm-2 で 3000 時間を超える優れたサイクル寿命を実現し、平均クーロン効率は 99.54% であることが示されています。さらに魅力的なのは、5 mA cm-2 および 50 mAh cm-2 という超高面積容量で 900 時間以上安定して動作できることです。さらに、Na@V2CTx/rGO-CNT アノードと Na3V2(PO4)3@C-rGO カソードを組み合わせたフルセルは、100 mA g-1 で 400 サイクル後に 86.27 mAh g-1 という高い可逆容量を実現します。結論として、この研究は、超音波親和性 V2CTx/rGO-CNT マイクログリッドエアロゲル電極上の優れたナトリウム沈着化学を解明するだけでなく、3D 印刷アプローチによって高度なナトリウム金属アノードを準備する方法も提供します。


記事のハイライト:

1. 著者らは、3D プリント技術によって V2CTx/rGO-CNT マイクログリッドエアロゲルを作製し、それを金属ナトリウムアノードのマトリックスとして使用することに成功しました。

2. この 3D プリント V2CTx/rGO-CNT マイクログリッドには、次の利点があります。(1) 比表面積が大きいため、電流密度が大幅に低下し、ナトリウム析出のための豊富な核形成中心を提供できます。(2) 3D プリントの人工階層型多孔質構造は、電解質の浸透を促進し、電解質と活物質の密接な接触を確保するだけでなく、イオン移動速度を大幅に向上させ、電極の体積膨張を軽減します。(3) in situ TEM、in situ SEM、in situ 光学顕微鏡、密度汎関数理論 (DFT) シミュレーションの結果から、親ナトリウム性の V2CTx MXene ナノシートはナトリウムイオンとの結合エネルギーが高く、Na の核形成と析出安定性を効果的に向上できることが確認されています。

3. これらすべての包括的な分析により、高度な 3D 印刷技術による親ナトリウム性 MXene マトリックスの調製に関する深い洞察が得られ、Na 金属アノードのサイクル安定性が向上します。


図1 3DプリントV2CTx/rGO-CNTマイクログリッドエアロゲル電極の製造プロセス


図2 V2CTx/rGO-CNTの形態と構造特性


図3 異なる電極上でのNa金属析出/剥離の電気化学的性能


図4 ナトリウムの沈着/剥離形態


図5 バッテリー全体の性能

オリジナルリンク:
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.2c01186



金属、電池、エネルギー

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