Layered Orthorhombic Nb2O5@Nb4C3Tx and TiO2@Ti3C2Tx Hierarchical Composites for High Performance Li‐ion Batteries

材料科学 MXenes公司 电化学 正交晶系 纳米颗粒 电极 结晶学 法拉第效率 碳纤维 纳米技术 化学工程 复合材料 晶体结构 复合数 物理化学 化学 工程类
作者
Chuanfang Zhang,Seon Joon Kim,Michael Ghidiu,Meng‐Qiang Zhao,Michel W. Barsoum,Valeria Nicolosi,Yury Gogotsi
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:26 (23): 4143-4151 被引量:349
标识
DOI:10.1002/adfm.201600682
摘要

Engineering electrode nanostructures is critical in developing high‐capacity, fast rate‐response, and safe Li‐ion batteries. This study demonstrates the synthesis of orthorhombic Nb 2 O 5 @Nb 4 C 3 T x (or @Nb 2 CT x ) hierarchical composites via a one‐step oxidation —in flowing CO 2 at 850 °C —of 2D Nb 4 C 3 T x (or Nb 2 CT x ) MXene. The composites possess a layered architecture with orthorhombic Nb 2 O 5 nanoparticles decorated uniformly on the surface of the MXene flakes and interconnected by disordered carbon. The composites have a capacity of 208 mAh g −1 at a rate of 50 mA g −1 (0.25 C) in 1–3 V versus Li + /Li, and retain 94% of the specific capacity with 100% Coulombic efficiency after 400 cycles. The good electrochemical performances could be attributed to three synergistic effects: (1) the high conductivity of the interior, unoxidized Nb 4 C 3 T x layers, (2) the fast rate response and high capacity of the external Nb 2 O 5 nanoparticles, and (3) the electron “bridge” effects of the disordered carbon. This oxidation method was successfully extended to Ti 3 C 2 T x and Nb 2 CT x MXenes to prepare corresponding composites with similar hierarchical structures. Since this is an early report on producing this structure, there is much room to push the boundaries further and achieve better electrochemical performance.
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