半导体所&吉大AM: MXene支撑的碳质负极，用于高性能钠离子和钾离子半/全电池

由于其成本效益和高能量密度，钠离子电池（SIBs）和钾离子电池（PIBs）正成为替代锂离子电池的下一代储能设备的主要候选者。

然而，在离子插入和提取过程中产生的高排斥力极大地限制了它们的大规模商业应用。因此，有必要为较大的钠离子 (Na⁺) 和钾离子 (K⁺) 确定合适的主体材料。

近日，中科院半导体所王丽丽副研究员、沈国震研究员和吉林大学韩炜教授等人合作在由2D Ti₃C₂T_x MXene高导电层封装的真菌衍生碳基质上制备了一种新型Fe_x-1Se_x异质结构（Fe_x-1Se_x/MXene/FCRs）。这种材料在0.1 A g^-1的电流密度下具有610.9和449.3 mAh g^-1的Na⁺和K⁺的高比存储容量，以及在高充放电速率下优异的容量保持率。

图1. SIBs中Fe_x-1Se_x /MXene/FCR负极的Na⁺存储行为机制

MXene作为导电层防止Fe_x-1Se_x片在真菌衍生的碳质纳米带上重新堆积和聚集，而天然真菌作为天然N/C源提供仿生纳米纤维网络结构骨架，为高速率离子传输提供额外的通路，并在高扫描速率下满足 Na/K离子存储的表面驱动贡献率。

此外，还进行了原位同步加速器衍射和非原位X射线光电子能谱测量，以揭示Fe_x-1Se_x/MXene/碳质纳米带异质结构中Na⁺的存储和脱合金转化过程的机制。因此，组装的包含MXene支撑的Fe_x-1Se_x@碳质负极的Na/K全电池具有稳定的大离子存储能力。

图2. 基于Fe_x-1Se_x/MXene/FCR负极的钠/钾离子全电池的电化学性能

Ti₃C₂T_x MXene Conductive Layers Supported Bio-Derived Fe_x-1Se_x/MXene/Carbonaceous Nanoribbons for High-Performance Half/Full Sodium-Ion and Potassium-Ion Batteries, Advanced Materials 2021. DOI：10.1002/adma.202101535

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