Screening Conductive MXenes for Lithium Polysulfide Adsorption

MXenes公司 多硫化物 材料科学 锂(药物) 吸附 导电体 纳米技术 化学工程 复合材料 有机化学 电极 物理化学 化学 电解质 医学 内分泌学 工程类
作者
Geetha Valurouthu,Mikhail Shekhirev,Mark Anayee,Ruocun Wang,Kyle Matthews,Tetiana Hryhorchuk,Robert W. Lord,Danzhen Zhang,Alex Inman,M. Downes,Chi Won Ahn,Vibha Kalra,Il‐Kwon Oh,Yury Gogotsi
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202404430
摘要

Abstract MXenes are promising passive components that enable lithium‐sulfur batteries (LSBs) by effectively trapping lithium polysulfides (LiPSs) and facilitating surface‐mediated redox reactions. Despite numerous studies highlighting the potential of MXenes in LSBs, there are no systematic studies of MXenes’ composition influence on polysulfide adsorption, which is foundational to their applications in LSB. Here, a comprehensive investigation of LiPS adsorption on seven MXenes with varying chemistries (Ti 2 CT x , Ti 3 C 2 T x , Ti 3 CNT x , Mo 2 TiC 2 T x , V 2 CT x , Nb 2 CT x , and Nb 4 C 3 T x ), utilizing optical and analytical spectroscopic methods is performed. This work reports on the influence of polysulfide concentration, interaction time, and MXenes’ chemistry (transition metal layer, carbide and carbonitride inner layer, surface terminations and structure) on the amount of adsorbed LiPSs and the adsorption mechanism. These findings reveal the formation of insoluble thiosulfate and polythionate complex species on the surfaces of all tested MXenes. Furthermore, the selective adsorption of lithium and sulfur, and the extent of conversion of the adsorbed species on MXenes varied based on their chemistry. For instance, Ti 2 CT x exhibits a strong tendency to adsorb lithium ions, while Mo 2 TiC 2 T x is effective in trapping sulfur by forming long‐chain polythionates. The latter demonstrates a significant conversion of intermediate polysulfides into low‐order species. This study offers valuable guidance for the informed selection of MXenes in various functional components benefiting the future development of high‐performance LSBs.
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