Synergistically Inducing Ultrafast Ion Diffusion and Reversible Charge Transfer in Lithium Metal Batteries Using Bimetallic Molybdenum–Titanium MXenes

材料科学 MXenes公司 法拉第效率 双金属片 阳极 化学工程 电极 纳米技术 金属 化学 冶金 物理化学 工程类
作者
Mugilan Narayanasamy,Shakir Zaman,Ji‐Seon Kim,Sungmin Jung,Shabbir Madad Naqvi,Tufail Hassan,Aamir Iqbal,Sang Uck Lee,Chong Min Koo
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c15493
摘要

Metal batteries have captured significant attention for high-energy applications, owing to their superior theoretical energy densities. However, their practical viability is impeded by severe dendrite formation and poor cycling stability. To alleviate these issues, a 3D-structured bimetallic-Mo2Ti2C3Tx based fiber electrode was fabricated in this study and analyzed experimentally and computationally. The bimetallic Mo–Ti composition of MXenes synergistically achieved low binding and formation energies with lithium. In particular, the minimal lattice mismatch between the deposited Li metal and the Mo2Ti2C3Tx MXene anode substrate led to improved Li formation energy with respect to the MXene surface. Moreover, the synergy of the bimetallic Mo–Ti composition of the Mo2Ti2C3Tx MXene fiber substrate helped to amplify ion diffusion and reversible charge transfer. Consequently, the bimetallic MXene electrode exhibited an impressive Coulombic efficiency (99.08%) even at a high current density (5 mA cm–2) and a fixed cutoff capacity of 1 mA h cm–2 with prolonged cycle life (650 cycles). This report highlights a promising advancement in addressing the critical challenges facing metal battery operation, thereby offering an approach to improving performance for high-energy applications.
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