Designing a Se-intercalated MOF/MXene-derived nanoarchitecture for advancing the performance and durability of lithium-selenium batteries

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作者
Sowjanya Vallem,Seunghyun Song,Yoonju Oh,Jihyun Kim,Man Li,Yang Li,Xiaoqing Cheng,Joonho Bae
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:665: 1017-1028 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.03.159
摘要

Lithium-selenium batteries have emerged as a promising alternative to lithium-sulfur batteries due to their high electrical conductivity and comparable volume capacity. However, challenges such as the shuttle effect of polyselenides and high-volume fluctuations hinder their practical implementation. To address these issues, we propose synthesizing Fe-CNT/TiO2 catalyst through high-temperature sintering of an amalgamated nanoarchitecture of carbon nanotubes decorated metal–organic framework (MOF) and MXene, optimized for efficient selenium hosting, leveraging the distinctive physicochemical properties. The catalytic features inherent in the developed porous hybrid Se@Fe-CNT/TiO2 nanoarchitecture were instrumental in promoting efficient ion and electron transport, and lithium-polyselenide kinetics, while its inherent porosity could play a crucial role in inhibiting electrode stress during cycling. This nanoarchitecture exhibits remarkable battery performance, retaining 99.7% of theoretical capacity after 425cycles at 0.5C rate and demonstrating 95.8% capacity retention after 2000 cycles at 1C rate, with ∼100% Coulombic efficiency. Additionally, the Se@Fe-CNT/TiO2 electrode exhibited an impressive recovery of 297.5 mAh/g (97.9%) capacity after undergoing 450 cycles at a charging rate of 10C and a discharging rate of 1C. This synergistic integration of MOF- and MXene-derived materials unveils new possibilities for high-performance and durable LSeBs, thus advancing electrochemical energy storage systems.
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