2022年10月12日 | 研究人员探讨碳化钛MXene正极在锂空气电池中的用途

2022-10-12

据外媒报道，巴基斯坦、爱尔兰、沙特阿拉伯和韩国的一组研究人员探讨TiC MXene（碳化钛MXene）正极在锂空气电池中的用途。

研究人员探讨碳化钛MXene正极在锂空气电池中的用途

（图片来源：ACS）

锂空气电池的能量密度几乎是传统锂离子电池的10倍，约为3457 Wh kg-1。然而，该类电池在空气正极方面存在一些关键的技术挑战。为了提高锂空气电池的性能，需要改进正极性能。

以前，研究人员使用一些领先的替代材料，如碳纳米管、石墨烯、硫族化物和过渡金属氧化物，作为锂空气电池的正极。但是，研究结果远不令人满意。

在这项研究中，研究人员探讨MXene材料的适用性，以将其用作金属空气电池中的关键部件。据悉，迄今MXene正极还未曾成功应用于锂空气电池和其它金属空气电池。

研究人员综合评估TiC MXene作为锂空气电池正极的用途，包括该领域在不同方面的多项进展，比如当前应用和研究、对这些材料和替代候选材料进行比较、材料合成和性质，以及与其他锂空气电池部件（如负极、氧化还原介体、隔板和电解质）的相容性。

在与其他电池组件的兼容性方面，最近的研究取得了一些有希望的结果。然而，在将这些材料投入商用之前，还需要克服一些挑战。例如，利用这些材料作为正极，有助于提高锂空气电池的安全性，以及LiO2和MXene之间的表面一致性，从而减少电池中的放电产物沉积。但是，表面缺陷会提供额外的反应位点。其他研究表明，使用TiC MXene，可以解决锂离子通量和低离子电导率的问题。

使用TiC MXene材料的另一优点是，其在循环过程中具有承受膨胀的能力，从而防止电池失效。对其他材料来说，膨胀现象通常会造成损害。此外，TiC MXene有助于抑制枝晶形成，降低锂离子解离能，提高离子电导率。

近年来，有关合成方法的研究取得了进展，通过优化工艺，可以提高产量和电导率，并改进其他关键材料和工艺要素。然而，目前还没有一种MXene材料可以成为金属空气电池正极研究中的切入点。不同版本的材料属性各异，而且均存在局限性。为了提高这些材料的适用性，需要进行结构调整。

总的来说，虽然当前研究存在一定的挑战，但是使用TiC MXene正极，有望使金属空气电池性能得到明显改善，超过传统的锂离子电池。

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