沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学 (KAUST) 的研究人员发现，在电池电极上激光划线或创建纳米点可以提高其存储容量和稳定性。该方法可应用于称为 MXene 的电极替代材料。

　　锂离子电池在广泛应用中存在多种缺点，世界各地的研究人员都在寻求改进技术或寻找更好的替代品。

　　MXene 是一类由碳和氮原子与钛或钼等金属键合而成的二维材料。尽管是陶瓷，但这些材料具有良好的导电性和高电容，使其非常适合用于电池等储能应用。

　　使用 MXene 的问题

　　锂离子电池使用含有碳原子层的石墨电极。当电池充电时，锂离子会存储在这些层之间，这一过程被科学家称为嵌入。

　　MXene 比石墨更适合作为电极材料，因为它们为锂离子嵌入提供了额外的存储空间。然而问题是，在重复充电和放电循环后，较高的存储容量会减少。

　　KAUST 的研究人员发现，容量下降的原因是化学变化导致 MXene 结构内形成氧化钼。

　　利用激光提高性能

　　Husam N. Alshareef 领导的研究团队使用了一种称为激光划片的工艺，其中使用红外激光脉冲在 MXene 电极上的碳化钼上创建“纳米点”。新闻稿称，这些纳米点大约 10 纳米宽，并通过碳材料连接到 MXene 层。

　　激光划线材料用于制造阳极，并在锂离子电池中进行了 1,000 多次充放电循环测试。研究人员发现，带有纳米点的阳极的电存储容量是没有纳米点的阳极的四倍，并且还能够达到石墨的理论最大容量。此外，即使经过 1,000 次循环，性能也没有下降。

　　研究人员将激光划线材料性能的提高归因于多种因素。纳米点的产生为锂离子的嵌入提供了额外的存储空间，从而加快了充电过程。它还降低了材料中的氧含量，进一步防止氧化钼的形成并降低 MXene 电极性能。

　　纳米点和层之间的连接进一步提高了材料的导电性并稳定了其结构。研究人员相信，该方法可以作为一种策略来提高也使用其他金属的 MXene 的性能。

　　虽然由于需求量大，锂价格目前已经飙升，但 MXene 还可以与更丰富的金属离子（如钠和钾）配合使用。这也可能导致新一代可充电电池的开发。

　　“这提供了一种经济有效且快速的方法来调整电池性能，”博士 Zahra Bayhan 补充道。阿卜杜拉国王科技大学的学生。

　　MXene 是一种快速增长的二维 (2D) 过渡金属碳化物/氮化物家族，在电子和能源存储应用中前景广阔。尤其是 Mo2CTx MXene，作为锂离子电池的阳极，其容量比其他 MXene 更高。然而，这种增强的容量伴随着缓慢的动力学和较差的循环稳定性。研究表明，Mo2CTx 的不稳定循环性能归因于部分氧化成 MoOx 并导致结构降解。开发了一种激光诱导Mo2CTx/Mo2C（LS-Mo2CTx）混合阳极，其中Mo2C纳米点可增强氧化还原动力学，激光降低的氧含量可防止氧化引起的结构退化。同时，激光诱导的 Mo2C 纳米点和 Mo2CTx 纳米片之间的牢固连接增强了电导率，并在充放电循环过程中稳定了结构。所制备的 LS-Mo2CTx 负极在 1000 次循环中表现出 340 mAh g−1 与 83 mAh g−1（原始）的增强容量和改进的循环稳定性（容量保持率为 106.2% 与原始的 80.6%）。激光诱导合成方法凸显了基于 MXene 的混合材料在高性能储能应用中的潜力。