Rational design and construction of iron oxide and titanium carbide MXene hierarchical structure with promoted energy storage properties for flexible battery

阳极 材料科学 储能 电池(电) 阴极 电化学 碳化钛 纳米技术 氧化物 化学工程 碳化物 电极 复合材料 冶金 化学 功率(物理) 物理化学 工程类 物理 量子力学
作者
Xiaoqin Li,Yongqiang Guo,Taotao Gao,Hai Liu,Chao Chen,Jing Li,Dan Xiao
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:631: 182-190 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.11.043
摘要

Aqueous rechargeable Ni/Fe batteries are appropriate energy storage devices for portable and wearable electronics due to their outstanding safety and cost-effectiveness. However, their energy storage properties are limited by the sluggish kinetics of iron-based anodes. Herein, we design and construct a high-performance iron-based material with a hierarchical structure developed by electrodepositing iron oxide (Fe2O3) nanosheets on titanium carbide (Ti3C2Tx) MXene nanoplates modified carbon fiber (3D-MXene/Fe2O3). Taking advantage of the interaction between Fe2O3 and the terminal functional groups on Ti3C2Tx MXene, such a hierarchical structure offers improved conductivity, enhanced ion-diffusion paths, and high electrochemical stability. The fabricated 3D-MXene/Fe2O3 anode delivers a high volumetric specific capacity of 38.2 mAh cm-3, and improved capacity retention. After being coupled with NiCoO cathode, the fibrous Ni/Fe battery shows a maximum volumetric specific capacity of 35.1 mAh cm-3 and an extraordinary energy density of 56.2 mWh cm-3. Meanwhile, the as-prepared Ni/Fe battery confirms good cycling durability (92.9% for 12,500 cycles), and mechanical flexibility also verifies the potential practical application of our device. Thus, this study can provide a powerful route toward high-performance anodes for next-generation wearable energy storage devices.
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