MXene多功能添加剂增强LaNi5负极电化学性能：推动镍氢电池高效储能新策略

本文创新性地将二维材料Ti3C2Tx（MXene）作为多功能添加剂，与LaNi5储氢合金构建无粘结剂复合负极，显著提升镍氢电池（Ni-MH）的比容量（225 mAh/g）、倍率性能（10C）和循环稳定性，为破解传统PTFE基电极动力学迟滞难题提供新思路。

　　

Highlight

本研究通过开发由LaNi₅金属间化合物和Ti₃C₂T_x（MXene）组成的无粘结剂复合负极，显著提升了镍氢电池（Ni-MH）的性能。LaNi₅颗粒通过两步氧化物还原法合成，具有优化的相纯度和纳米结构形貌。与传统PTFE基LaNi₅电极相比，MXene基质作为导电支架和机械强韧的粘结剂，显著增强了电荷转移、电解液可及性和容量利用率。优化的混合电极（80:20）表现出225 mAh/g的高比容量、10C倍率下的优异性能以及增强的循环稳定性。阻抗谱和动力学分析进一步证实，相较于PTFE基类似物，其电荷转移电阻降低，交换电流密度提高。

Materials

氧化镍（NiO ≥99.9%）、氧化镧（La₂O₃ ≥99.9%）、氯化锂（LiCl ≥99.0%）、氯化铵（NH₄Cl ≥99.5%）、氢化钙（CaH₂ ≥99.0%）和60 wt%聚四氟乙烯（PTFE）水乳液购自Sigma-Aldrich，所有试剂均直接使用。

Synthesis of LaNi₅

LaNi₅的合成分为两步：1）中间相La₂NiO₄的形成；2）其还原为目标产物LaNi₅。

Characterization of the La₂NiO₄ intermediate

XRD分析证实了中间相La₂NiO₄的成功形成，其衍射图与四方晶系La₂NiO₄（空间群I4/mmm）的模拟图吻合良好。精修晶胞参数为a = 5.451 ?，c = 12.679 ?，V = 378.279 ?3，与文献数据的微小偏差可能源于氧空位的影响。

Conclusion

本研究表明，将Ti₃C₂T_x MXene与储氢材料（LaNi₅）结合，可制备出高性能、无粘结剂的镍氢电池负极。这种混合结构提升了电子导电性、界面接触和结构稳定性，从而实现了更高的容量、倍率性能和循环耐久性。LaNi₅/Ti₃C₂T_x（80:20）复合物优于传统PTFE基电极，验证了MXene作为粘结剂、导电添加剂和活性组分的多功能作用。