MXene衍生TiS2纳米片应用于高性能钠离子电容器
【研究背景】
随着对可持续能源需求的日益增长，为了解决化石燃料短缺以及环境持续恶化等紧迫问题，电化学储能系统在可持续可再生能源系统中具有举足轻重的地位。其中，锂离子电池和超级电容器作为主要的能源供给系统已经广泛地应用于大范围电子器件当中。锂离子电池虽然具有较高的能量密度，但高成本以及锂资源的日益锐减制约了其进一步的发展。同样的，超级电容器虽然可以产生较高的功率密度，但其能量密度却远远低于锂离子电池。因此，合理的结合电池与超级电容器是制备兼具高能量密度与高功率密度的混合储能器件的理想选择。
【成果简介】
近日，澳大利亚昆士兰大学王连洲教授与青岛科技大学罗彬教授合作，在国际著名学术期刊Energy Storage Materials上发表研究论文，题目为MXene derived TiS2 nanosheets for high-rate and long-life sodium-ioncapacitors. 文章报道了一种通过原位转化PVP改进的Ti3C2Tx的方式制备碳包覆的TiS2纳米片，这种纳米片具有杰出的电化学性能，兼备高能量密度与功率密度的储钠特性。超薄的纳米结构具有较大的层间距，为Na离子的移动提供了便利，进而降低了可逆转化的熵障碍，因此具有超好的倍率与可逆性。
【图文导读】
图1.PVP衍生碳与TiS2复合物的制备方法示意图。
图2. TiS2@CPVP，TiS2-C和Ti3C2TxMXene样品的XRD，Raman，XPS图谱以及Ti 2p的分峰情况。
图3. TiS2@CPVP与对比样品TiS2-C的电化学性能表征。
图4. TiS2@CPVP的电化学性能分析。
图4. TiS2@CPVP的动力学性能分析。
图5. TiS2@CPVP与对比样品TiS2-C在半电池体系中第一次充放电的原位XRD表征，以及非原位TEM表征。
图6. TiS2@CPVP与AC组成的钠离子电容器的电化学性能表征。
【本文总结】
本研究制备了一种新颖的MXene衍生碳包覆TiS2纳米片材料，具有较高的储钠能力。得益于2D结构与较强的表面碳改进，TiS2@CPVP在0.2 A g-1的电流密度下具有高达425 mA h g-1的可逆容量，良好的倍率性能，当电流密度增加到10A g-1时保留339 mA h g-1的容量，以及超过5000次循环杰出的电化学稳定性。此外，利用活性炭做正极，所组装的钠离子电容器，在功率密度为200 W kg-1时具有101.7 Wh kg-1的能量密度，这为应用于兼备高能量、高功率密度、较长循环寿命的钠离子电容器的2D材料设计提供了新思路。
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