Tunable MXene-Derived 1D/2D Hybrid Nanoarchitectures as a Stable Matrix for Dendrite-Free and Ultrahigh Capacity Sodium Metal Anode

阳极 材料科学 枝晶(数学) 金属 基质(化学分析) 纳米技术 化学工程 电化学 电极 复合材料 化学 冶金 物理化学 工程类 数学 几何学
作者
Jianmin Luo,Xuan Lu,Edward Matios,Chuanlong Wang,Huan Wang,Yiwen Zhang,Xiaofei Hu,Weiyang Li
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:20 (10): 7700-7708 被引量:140
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.0c03215
摘要

Although sodium (Na) is one of the most promising alternatives to lithium as an anode material for next-generation batteries, uncontrollable Na dendrite growth still remains the main challenge for Na metal batteries. Herein, a novel 1D/2D Na3Ti5O12-MXene hybrid nanoarchitecture consisting of Na3Ti5O12 nanowires grown between the MXene nanosheets is synthesized by a facile approach using cetyltrimethylammonium bromide (CTAB)-pretreated Ti3C2 MXene. Used as a matrix for the Na metal anode, the Na3Ti5O12 nanowires, formed benefiting from the CTAB stabilization, have chemical interaction with Na and thus provide abundant Na nucleation sites. These 1D nanostructures, together with the unique confinement effect from the 2D nanosheets, effectively guide and control the Na deposition within the interconnected nanochannels, preventing the "hot spot" formation for dendrite growth. A stable cycling performance can be achieved at a high current density up to 10 mA cm-2 along with an ultrahigh capacity up to 20 mAh cm-2.
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