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Design of high-performance antimony/MXene
hybrid electrodes for sodium-ion batteries

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Design of high-performance antimony/MXene
hybrid electrodes for sodium-ion batteries

In questo lavoro è stata studiata la sintesi per una efficiente combinazione di antimonio/MXene al fine di ottenere elettrodi ad alte prestazioni in termini di capacità ed efficienza per batterie sodio ione. Si è inoltre indagato il meccanismo di reazione in cella con una analisi XRD in situ.

Grazie alle loro proprietà versatili e all’eccellente conducibilità elettrica, i MXeni sono diventati materiali interessanti per le batterie agli ioni di metalli alcalini. Tuttavia, poiché la capacità è limitata a bassi valori a causa del meccanismo di intercalazione, questi materiali difficilmente possono tenere il passo nella comunità in continua crescita della ricerca sulle batterie.

 

L’antimonio ha una promettente capacità teorica di sodiazione caratterizzata da una reazione di alligazione. Il principale svantaggio di questo tipo di materiale per batterie è legato alle elevate variazioni di volume durante il ciclo, che spesso portano alla rottura e alla polverizzazione dell’elettrodo, con conseguenti scarse prestazioni elettrochimiche. L’effetto sinergico della combinazione di antimonio e MXene può consentire di ottenere un sistema elettrochimico ottimizzato per superare l’affievolimento della capacità dell’antimonio e sfruttare al contempo la capacità di accumulo di carica del MXene.

 

In questo lavoro, la variazione dei parametri di sintesi e la strategia di progettazione del materiale sono state dedicate al raggiungimento di elettrodi ibridi antimonio/MXene ottimizzati per batterie sodio ione ad alte prestazioni. Le prestazioni migliori non si allineano con la massima quantità di antimonio, le nanoparticelle più piccole o la maggiore distanza tra gli strati di MXene, ma con la distribuzione più omogenea di antimonio e MXene.

 

Di conseguenza, l’elettrodo con il 40% di massa di MXene (non espanso in precedenza e lisciviato con il 5% di massa di HF) e il 60% di antimonio sintetizzato sulle superfici di MXene è risultato il migliore. Con questo materiale ibrido abbiamo ottenuto un’elevata capacità reversibile di 450 mA h g-1 a 0,1 A g-1 di corrente con una efficienza della capacità di circa il 96% dopo 100 cicli. Oltre alla stabilità durante la ciclazione, questo materiale mostra anche un’elevata capacità ad alte correnti, essa è stata pari a 365 mA h g-1 a 4 A g-1 . Le misure XRD in situ e l’analisi post-mortem sono state utilizzate per indagare il meccanismo di reazione.

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