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Hollow Carbon and MXene Dual-Reinforced MoS2 with Enlarged Interlayers for High-Rate and High-Capacity Sodium Storage Systems
Advanced Science ( IF 14.3 ) Pub Date : 2024-01-22 , DOI: 10.1002/advs.202400364 Hanqing Pan 1 , Yan Huang 1 , Xinnuo Cen 1 , Ming Zhang 1 , Jianhua Hou 2 , Chao Wu 3 , Yuhai Dou 3 , Bing Sun 4 , Ying Wang 1 , Binwei Zhang 5, 6 , Lei Zhang 7
Advanced Science ( IF 14.3 ) Pub Date : 2024-01-22 , DOI: 10.1002/advs.202400364 Hanqing Pan 1 , Yan Huang 1 , Xinnuo Cen 1 , Ming Zhang 1 , Jianhua Hou 2 , Chao Wu 3 , Yuhai Dou 3 , Bing Sun 4 , Ying Wang 1 , Binwei Zhang 5, 6 , Lei Zhang 7
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Sodium-ion batteries (SIBs) and sodium-ion capacitors (SICs) are promising candidates for cost-effective and large-scale energy storage devices. However, sluggish kinetics and low capacity of traditional anode materials inhibit their practical applications. Herein, a novel design featuring a layer-expanded MoS2 is presented that dual-reinforced by hollow N, P-codoped carbon as the inner supporter and surface groups abundant MXene as the outer supporter, resulting in a cross-linked robust composite (NPC@MoS2/MXene). The hollow N, P-codoped carbon effectively prevents agglomeration of MoS2 layers and facilitates shorter distances between the electrolyte and electrode. The conductive MXene outer surface envelops the NPC@MoS2 units inside, creating interconnected channels that enable efficient charge transfer and diffusion, ensuring rapid kinetics and enhanced electrode utilization. It exhibits a high reversible capacity of 453 mAh g−1, remarkable cycling stability, and exceptional rate capability with 54% capacity retention when the current density increases from 100 to 5000 mA g−1 toward SIBs. The kinetic mechanism studies reveal that the NPC@MoS2/MXene demonstrates a pseudocapacitance dominated hybrid sodiation/desodiation process. Coupled with active carbon (AC), the NPC@MoS2/MXene//AC SICs achieve both high energy density of 136 Wh kg−1 at 254 W kg−1 and high-power density of 5940 W kg−1 at 27 Wh g−1, maintaining excellent stability.
中文翻译：
空心碳和 MXene 双重增强 MoS2，带有扩大的夹层，用于高速和高容量钠存储系统
钠离子电池 （SIB） 和钠离子电容器 （SIC） 是高性价比和大规模储能设备的有前途的候选者。然而，传统负极材料动力学缓慢和容量低阻碍了其实际应用。在此，提出了一种以层状膨胀 MoS2 为特征的新设计，该设计以空心 N、P 共掺杂碳作为内部支撑体和表面基团丰富的 MXene 作为外部支撑物进行双重增强，从而产生交联的坚固复合材料 （NPC@MoS2/MXene）。空心的 N、P 共掺杂碳可有效防止 MoS2 层团聚，并有助于缩短电解质和电极之间的距离。导电 MXene 外表面将 NPC@MoS2 个单元包裹在内部，形成互连通道，实现高效的电荷转移和扩散，确保快速动力学和增强的电极利用率。当电流密度从 100 mA g-1 增加到 5000 mA g-1 时，它表现出 453 mAh g-1 的高可逆容量、卓越的循环稳定性和出色的倍率能力，容量保持率为 54%。动力学机理研究表明，NPC@MoS2/MXene 表现出赝电容为主的混合钠化/脱钠过程。与活性炭 （AC） 相结合，NPC@MoS2/MXene//AC SIC 在 254 W kg-1 时实现了 136 Wh kg-1 的高能量密度，在 27 Wh g-1 时实现了 5940 W kg-1 的高功率密度，保持了出色的稳定性。
更新日期：2024-01-22
中文翻译：
空心碳和 MXene 双重增强 MoS2，带有扩大的夹层，用于高速和高容量钠存储系统
钠离子电池 （SIB） 和钠离子电容器 （SIC） 是高性价比和大规模储能设备的有前途的候选者。然而，传统负极材料动力学缓慢和容量低阻碍了其实际应用。在此，提出了一种以层状膨胀 MoS2 为特征的新设计，该设计以空心 N、P 共掺杂碳作为内部支撑体和表面基团丰富的 MXene 作为外部支撑物进行双重增强，从而产生交联的坚固复合材料 （NPC@MoS2/MXene）。空心的 N、P 共掺杂碳可有效防止 MoS2 层团聚，并有助于缩短电解质和电极之间的距离。导电 MXene 外表面将 NPC@MoS2 个单元包裹在内部，形成互连通道，实现高效的电荷转移和扩散，确保快速动力学和增强的电极利用率。当电流密度从 100 mA g-1 增加到 5000 mA g-1 时，它表现出 453 mAh g-1 的高可逆容量、卓越的循环稳定性和出色的倍率能力，容量保持率为 54%。动力学机理研究表明，NPC@MoS2/MXene 表现出赝电容为主的混合钠化/脱钠过程。与活性炭 （AC） 相结合，NPC@MoS2/MXene//AC SIC 在 254 W kg-1 时实现了 136 Wh kg-1 的高能量密度，在 27 Wh g-1 时实现了 5940 W kg-1 的高功率密度，保持了出色的稳定性。
京公网安备 11010802027423号