Hohe Elektrolytaufnahme der integrierten MXene-Membranseparatoren für Zn

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 19915 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Die jüngste Entwicklung von Separatoren mit hoher Flexibilität, hoher Elektrolytaufnahme und Ionenleitfähigkeit für Batterien hat große Aufmerksamkeit erregt. Studien zu Verbundseparatoren mit den oben genannten Eigenschaften für wässrige Elektrolyte in Zn-Ionen-Batterien sind jedoch begrenzt. In dieser Forschung wurde eine Verbundmembran aus Polyacrylnitril (PAN)/biobasiertem Polyurethan (PU)/Ti3C2Tx MXene mithilfe einer Elektrospinntechnik hergestellt. Ti3C2 MXene war in Fasern eingebettet und bildete eine spindelartige Struktur. Mit Ti3C2Tx MXene erreichten die Elektrolytaufnahme und die Ionenleitfähigkeit die überlegenen Werte von 2214 % bzw. 3,35 × 10−3 S cm−1. Die Verbundmembran zeigte eine ausgezeichnete Lade-Entlade-Stabilität, wenn sie in einer symmetrischen Zn//Zn-Batterie eingebaut wurde. Darüber hinaus zeigte der entwickelte Separator eine hohe Flexibilität und keine Dimensions- und Strukturveränderungen nach der Wärmebehandlung, was zu einem Hochleistungsseparator für die Zn-Ionen-Batterie führte. Insgesamt kann die PAN/biobasierte PU/Ti3C2Tx MXene-Verbundmembran potenziell als Hochleistungsseparator für Zn-Ionen-Batterien eingesetzt werden.

Flexible elektronische Geräte erfreuen sich in letzter Zeit großer Beliebtheit im akademischen und industriellen Bereich. Für die Stromversorgung solcher Geräte sind jedoch flexible Batterien erforderlich. Separatoren sind poröse Membranen in Batterien; Sie trennen die beiden Elektroden, was bei gegenseitigem Kontakt zu einem Kurzschluss der Batteriezelle führen kann, und ermöglichen die eindringende Bewegung ionischer Ladungen. Der Mechanismus der Ionenbewegung bestimmt die Batterieleistung. Um die Ionenleitfähigkeit zu verbessern, sollten Wissenschaftler die wichtigste Eigenschaft von Separatoren entwickeln, nämlich den Elektrolytaufnahmewert. Die hohe Porosität der Materialien ermöglicht die effektive Aufnahme und Speicherung von Elektrolyten im Separator, was für eine lange Lebensdauer der Batterien sorgt und den internen Ionenwiderstand der Batteriezellen verringert1. Die Elektrospinntechnik erzeugt eine Fasermembran mit außergewöhnlich hoher Porosität, einem hohen Verhältnis von Oberfläche zu Volumen und Faserdurchmessern im Mikrometer- bis Nanometerbereich2. Es wurden verschiedene Arten von elektrogesponnenen Separatoren auf der Basis von Polymervorläufern untersucht. Beispiele hierfür sind Polyvinylidenfluorid (PVDF)3,4, Poly(vinylidenfluorid-co-hexafluorpropylen)5, Polyimid (PI)6, Polyacrylnitril (PAN)7 und polymermodifizierte Glasfasermembranen8. In diesen Polymervorläufern dienen polare Gruppen als Koordinationsstellen für die Kationenbewegung9. Ein Separator auf Basis von elektrogesponnenen Membranen aus PAN/biobasiertem Polyurethan (PU) mit hoher Ionenleitfähigkeit wurde von Saisangtham S. et al.10 entwickelt. Die Parameter, die die Membraneigenschaften beeinflussen, einschließlich Polymerkonzentration, angelegte Spannung und Abstand von der Spitze zum Kollektor, wurden beobachtet. Gemäß dem Taguchi-Design des Experiments und der Optimierung mithilfe der Gray-Relationsanalyse zeigte die Membran, die aus einer Polymerkonzentration von 14 Gew.-%, einer angelegten Spannung von 25 kV und einem Abstand von 16 cm von der Spitze zum Kollektor hergestellt wurde, eine hervorragende Elektrolytaufnahme von 1.971 % und Leitfähigkeit von 3,11 mS cm−1. Der elektrogesponnene PI-Separator sorgte für eine Li-Elektrolytaufnahme von 2522 % und eine Porosität von 92 %6. Insbesondere wurde über eine höhere C-Rate-Fähigkeit, eine bessere Zyklenleistung und einen geringeren Zellwiderstand bei der Verwendung von elektrogesponnenen Membranen berichtet11. Die Herstellung von Verbundseparatoren, die mit porösen anorganischen Partikeln gefüllt sind, beispielsweise Aluminiumoxid (Al2O3)12, Siliciumdioxid (SiO2)13, Zirkoniumdioxid (ZrO2)12 und Titandioxid (TiO2)14, ist eine Schlüsseltechnik zur Verbesserung der Elektrolytaufnahme. Darüber hinaus entwickeln anorganische Partikel die mechanische Festigkeit und thermische Beständigkeit der resultierenden Verbundseparatoren. Es wurde eine Membran auf Basis von SiO2/PVDF entwickelt11. Die Porosität von 24 Gew.-% SiO2 im PVDF-Verbundwerkstoff führte zu einer Steigerung um 120 % gegenüber der reinen PVDF-Membran, was zu einer Steigerung der Elektrolytaufnahme um 128 % bzw. 152 % der Ionenleitfähigkeit führte. Darüber hinaus werden andere Füllstoffstrukturen in Separatormaterialien eingearbeitet, um deren Leistung zu verbessern; Zu diesen Strukturen gehören hochporöse Materialien wie metallorganische Gerüste (MOFs)15 und zweidimensionale (2D) Strukturen wie MXene16. Insbesondere MXene erhöht aufgrund seiner hydrophilen Natur wahrscheinlich die Leistung des Separators.

MXene ist eine 2D-Struktur, die Übergangsmetallcarbide und Carbonitride kombiniert. Typischerweise wird MXene aus der Phase \({M}_{n+1}A{X}_{n}\) (MAX-Phase) synthetisiert, wobei M ein Übergangsmetall ist, A sich auf ein IIIA- oder IVA-Element bezieht, X steht für Kohlenstoff- oder Stickstoffatome und n = 1, 2, 3 ganze Zahlen. Daher sind verschiedene chemische MXen-Strukturen verfügbar, darunter Ti3C2Tx17,18,19, Ta4C320,21, Nb2C22,23,24 und ZrC25,26. Ti3C2 ist weit verbreitet. MXene weist ausgezeichnete inhärente physikalisch-chemische Eigenschaften, eine gute mechanische Festigkeit sowie elektrische und thermische Leitfähigkeit auf und hat daher aufgrund seiner breiten Anwendung, insbesondere in Materialien mit hoher Leitfähigkeit, einschließlich der Elektrode für Superkondensatoren27,28, Promotoren für Katalysatoren, große Aufmerksamkeit im akademischen Sektor auf sich gezogen. und Absorptionsmittel für Schwermetallionen. Im Allgemeinen wird in solchen Anwendungen delaminiertes MXene verwendet. Um die einzigartigen Eigenschaften von MXene weiter zu nutzen, haben wir im Rahmen dieser Forschung eine MXene-Mikrofolien-Verbundmembran entwickelt. Aufgrund der reichlich vorhandenen polaren Gruppe im Partikel sind MXene-Flocken mit der Polymermatrix kompatibel, was eine effiziente Möglichkeit zur Herstellung multifunktionaler Polymerverbundstoffe darstellt. Darüber hinaus weist MXene Hydrophilie auf und soll wässrigen Elektrolyten in Batteriezellen absorbieren und zurückhalten und so deren Leistung verbessern29.

Hierin wurde eine Verbundseparatormembran auf Basis von PAN/biobasiertem PU, gefüllt mit Ti3C2Tx MXene, mithilfe einer Elektrospinntechnik hergestellt. Die geeigneten Verarbeitungsbedingungen für PAN/biobasiertes PU/Ti3C2Tx MXene wurden untersucht, um Endlosfasern mit gut dispergiertem Ti3C2 MXene, eingebettet in die Faserstruktur, zu erhalten. Die Auswirkungen des Ti3C2-MXene-Gehalts auf die morphologischen Eigenschaften, die chemische Wechselwirkung und die mechanische Festigkeit der entwickelten Verbundmembran wurden untersucht. Für den Einsatz in Li-Ionen-Batterien wurden verschiedene Arten von Membranen entwickelt. Es gibt jedoch nur sehr wenige Veröffentlichungen, die sich auf Separatormembranen konzentrieren, die für Zn-Ionen-Batterien geeignet sind. Die entwickelte PAN/biobasierte PU/Ti3C2Tx MXene-Membran wird auf wasserbasierte Elektrolyte in Batteriesystemen angewendet, die ein sicheres, wirtschaftliches und umweltfreundliches System darstellen, insbesondere Zn-Ionen-Batterien.

PAN mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 150.000 g mol−1, Dibutylzinndilaurat (95 %) und Zinktrifluormethansulfonat (98 %) wurden von Sigma-Aldrich Corporation (USA) bezogen. Polycaprolactondiol mit einem durchschnittlichen Mn von 2000 g mol−1 wurde von Sigma-Aldrich Corporation (China) bezogen. Ethylenglykol (Grade AR) wurde von QReC (Neuseeland) bezogen. Dimethylformamid (DMF) wurde von RCI Labscan Limited (Thailand) geliefert. Teilweise biobasiertes Diisocyanat (Tolonate™ X FLO 100) wurde freundlicherweise von Vencorex Co. Ltd (Frankreich) zur Verfügung gestellt. Seine chemische Struktur ist in Abbildung S1(a) dargestellt, und das synthetisierte biobasierte PU ist in Abbildung S1(b) dargestellt. Ti3C2Tx MXene mit einer Größe > 37 µm und einer Reinheit > 98 % wurde von Wuxi Admas Technology Co., Ltd, Jiangsu, China, bezogen.

In dieser Studie wurde biobasiertes PU unter Verwendung von Polycaprolactondiol, teilweise biobasiertem Diisocyanat (Abbildung S1(a)) und Ethylenglykol in einem Molverhältnis von 2,1:1:1 in einem ausgestatteten Vierhals-Rundkolben synthetisiert mit einem mechanischen Rührer, einem Thermometer und einem Kühler nach einer zuvor beschriebenen Methode10. Alle Reaktanten wurden in den Reaktor gefüllt, der DMF-Lösungsmittel unter Zusatz von Dibutylzinndilaurat-Katalysator enthielt. Die Reaktion wurde bei einer Temperatur von 70 °C unter N2-Atmosphäre durchgeführt. Das so synthetisierte biobasierte PU wurde in einer großen Menge Ethanol gereinigt. Anschließend wurde biobasiertes PU zum Verdampfen von Ethanol verwendet. Abbildung S1(b) zeigt die chemische Struktur von biobasiertem PU.

Elektrogesponnene PAN/biobasierte PU/Ti3C2Tx MXene-Membranen mit unterschiedlichen Ti3C2 MXene-Gehalten im Bereich von 0–10 Gew.-% wurden mithilfe der Elektrospinntechnik hergestellt. Die Ausrüstung bestand aus einem Hochspannungsnetzteil, einer volumetrischen Spritzenpumpe und einem Faserkollektor, die von der IBA Company, Thailand, geliefert wurden. Alle Geräte wurden in einer Kammer platziert und die Luftfeuchtigkeit und Temperatur während des Elektrospinnen-Experiments wurden auf 40 % ± 3 % bzw. 23 °C ± 2 °C kontrolliert. Das PAN/biobasierte PU mit einem Gewichtsverhältnis von 75/25 und einer Konzentration von 8 Gew.-% wurde über Nacht in DMF-Lösungsmittel gelöst, bis eine gelbe homogene Lösung erhalten wurde. Ti3C2Tx MXene wurde separat in DMF dispergiert und 2 Stunden lang beschallt. Anschließend wurden das Polymer und die Ti3C2-MXene-Lösung gemischt und weitere 2 Stunden lang beschallt. Aufgefallen ist die dunkle Lösung aus PAN/biobasiertem PU/Ti3C2Tx MXene. Abbildung S2 zeigt den Herstellungsprozess von PAN/biobasiertem PU/Ti3C2Tx MXene. Das PAN/biobasierte PU/Ti3C2Tx MXene wurde dann mithilfe einer Elektrospinntechnik zu einer Vliesmembran verarbeitet. DMF wurde als Lösungsmittel ausgewählt, da es einen hohen Dampfdruck aufweist und ein gutes Lösungsmittel für die gute Dispersion von MXene30 ist. Die homogene Lösung aus PAN/biobasiertem PU/Ti3C2Tx MXene wurde in einer 5-ml-Spritze gesammelt, die mit einer Nadel mit einem Innendurchmesser von 0,5 mm gekoppelt war, und in eine Spritzenpumpe mit einer kontrollierten Flussrate der Polymerlösung von 2,0 ml/h gegeben . Die angelegte Spannung und der Abstand von der Spitze zum Kollektor wurden auf 26,5 kV bzw. 20 cm eingestellt. Abbildung 1 zeigt den Aufbau des Elektrospinning-Prozesses zur Membranvorbereitung.

Schematische Darstellung des Elektrospinnverfahrens zur Herstellung einer elektrogesponnenen Membran aus PAN/biobasiertem PU/Ti3C2Tx MXene.

Die Morphologien der elektrogesponnenen PAN/biobasierten PU/Ti3C2Tx MXene-Membranen wurden mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) (Hitachi SU-4800) bestimmt, das mit einem energiedispersiven Röntgenspektroskop (EDS) ausgestattet war. Der SEM-Prozess wurde bei einer Spannung von 3,0 kV und einem Emissionsstrom von 10 mA beschleunigt. Die Oberflächen der Proben wurden vor der Messung durch Sputtern mit Gold beschichtet. Der durchschnittliche Faserdurchmesser und die perlenartige Struktur wurden aus 130 Messungen ermittelt und mithilfe von Bild J ermittelt.

Röntgenbeugungsspektren (XRD) (Bruker AXS Modell D8 Advance, Deutschland) wurden mit einem Pulverdiffraktometer mit Cu-Kα-Strahlung bei einer Schrittweite von 0,02° im Bereich von 5–80°, einer Beschleunigungsspannung von 40 kV und aufgenommen Emissionsstrom von 40 mA.

Die Porosität der elektrogesponnenen Membran wurde mithilfe eines n-Butanol-Aufnahmetests gemessen. Anschließend wurden die Proben in 1,9 cm² große Stücke geschnitten. Die Porositätswerte wurden mit Gl. berechnet. (1):

Dabei ist \({W}_{d}\) das Trockengewicht der elektrogesponnenen Membran aus PAN/biobasiertem PU/Ti3C2 MXene, \({W}_{w}\) das Nassgewicht der Membran nach dem Eintauchen der Probe in n-Butanol für 2 Stunden, \({\rho }_{b}\) ist die Dichte von n-Butanol und \({V}_{d}\) ist das Volumen trockener Matten. Der Durchschnittswert wurde aus drei Messungen berechnet.

Die Membranproben wurden in Abmessungen von 2 × 2 cm2 geschnitten. Die Elektrolytaufnahme der Membranen wurde mit Gl. bestimmt. (2).

Dabei sind \({W}_{d}\) und \({W}_{w}\) das Gewicht der PAN/biobasierten PU/Ti3C2 MXene-Membran vor und nach dem Eintauchen der Probe in den flüssigen Elektrolyten jeweils 1 Stunde lang. Der Durchschnittswert wurde aus drei Messungen berechnet.

Die Benetzbarkeit der Membran durch einen Elektrolyten wurde anhand eines auf deren Oberflächen platzierten Elektrolyttröpfchens beobachtet und durch einen hauseigenen Kontaktwinkelanalysator bestätigt. Die elektrogesponnene Membran wurde über Nacht im Vakuum getrocknet, um sämtliche Feuchtigkeit zu entfernen. Kontaktwinkelmessungen wurden innerhalb von 5 s durchgeführt, indem ein Tropfen des Elektrolyten auf die Proben gegeben wurde. Die endgültigen Kontaktwinkel wurden als Mittelwert aus drei Messungen bei Raumtemperatur ermittelt.

Zur Untersuchung der elektrochemischen Eigenschaften wurde ein Potentiostat/Galvanostat (PSTrace4 Palm Sens) verwendet. Die Messungen wurden unter Verwendung einer angelegten Wechselspannung von 10 mV von 1 MHz bis 1 Hz durchgeführt. Die Zn/Separator/Zn-Zelle wurde durch Membraneinfügung zwischen den Blockierungselektroden aus Edelstahl aufgebaut. Die Membrandicke und die aktive Fläche betrugen etwa 250–350 μm bzw. 2,834 cm24. Übertragungszahlmessungen wurden unter Verwendung der DC-Polarisationsmethode mittels Chronoamperometrie durchgeführt. An die Proben wurde eine Polarisationsspannung von 10 mV angelegt und der anfängliche Maximalstrom I0 und der Dauerstrom Is aufgezeichnet. Die Ionenleitfähigkeit (σ) kann durch Gleichung bestimmt werden. (3). Der Durchschnittswert stammte aus drei Messungen.

Dabei steht d für die Dicke des Separators, R für den Volumenwiderstand und S für die Fläche des effektiven Kontakts zwischen Separator und Elektrode.

Knopfzellen (CR2032), einschließlich Zn/Separator/Zn, wurden zur Untersuchung ihrer elektrochemischen Kompatibilität mithilfe des Spannungsprofils des Neware-Batterietestsystems (Shenzhen Neware CT-4008) herangezogen. Die Lade-Entlade-Zyklen symmetrischer Zn//Zn-Zellen wurden bei Stromdichten von 0,25, 0,50, 1,25 und 2,50 mA cm−2 für 100 Stunden gerendert. Der Test erforderte 25 Stunden, um einen Zyklus abzuschließen. Anschließend wurde die Spannungsantwort gegen die Zeit aufgetragen. Die vollständige Zelle mit Sauerstoffdefekt-angereichertem (NH4)2V10O25⋅8H2O (NVO) wurde ergänzend erläutert. Die zyklische Voltammetrie (CV) wurde an einem PalmSens4-Potentiostat (DutchDisclaimer) mit Scangeschwindigkeiten von 0,1 mV s−1 durchgeführt. Die Batterieleistung wurde mit einem LAND-Batterietester (CT2001A) (Wuhan, China) bei verschiedenen Stromdichten im Spannungsfenster von 0,50–1,50 V (gegenüber Zn/Zn2 +) für Zn//NVO untersucht.

Die thermische Dimensionsstabilität der Membran wurde bestimmt. Die kreisförmige Probe mit einem Durchmesser von 19 mm wurde 1 Stunde lang in einem Ofen auf eine Temperatur von 150 °C erhitzt.

Die Morphologie der unberührten Ti3C2Tx MXene-Mikrofolie wurde mittels REM untersucht (Abb. 2). Man kann die mehrschichtige und gut ausgerichtete Architektur der Ti3C2Tx MXene-Mikrofolie beobachten, und die Foliendicke betrug etwa 1,5–2 µm. Durch das Ätzen von Al im MXene-Produktionsprozess wurden die sperrigen Objekte faltig und es wurden gestapelte Bleche mit kleinen Hohlräumen zwischen den miteinander verbundenen Blechen beobachtet. Durch das Umstapeln der Blätter während des Trocknungsprozesses kann es zu einer Agglomeration mehrerer Lagenstapel kommen.

REM-Bilder von Ti3C2Tx MXene-Mikronanoplatten.

Die reine PAN/biobasierte PU-Elektrospinnfaser wurde im Voraus vorbereitet, um geeignete Verarbeitungsbedingungen vor der Zugabe von Ti3C2Tx MXene zu finden. Abbildung 3 zeigt, dass das PAN/biobasierte PU bei einer Konzentration von 8 Gew.-% und Elektrospinnbedingungen mit einer angelegten Spannung von 26,5 kV und einem Abstand von 20 cm von der Spitze zum Kollektor glatte und kontinuierliche Fasern ohne das Auftreten von Perlen zeigte. Daher wurde das PAN/biobasierte PU/Ti3C2Tx MXene, das mit 0,1–10 Gew.-% Ti3C2Tx MXene elektrogesponnen wurde, unter den gleichen Bedingungen hergestellt. In Gegenwart von Ti3C2Tx MXen veränderte sich die Fasermorphologie (Abb. 3) und es wurde eine perlenartige Struktur beobachtet (vergrößert in Abbildung S3). Anschließend wurden in Abbildung S4 die mehrere Mikrometer großen Fasern handelsüblicher Glasmikrofasern gezeigt. Die rückgestreuten Elektronen (BSE) von SEM wurden erhalten, um das Vorhandensein von Ti3C2 MXene in der Nanofaser zu bestätigen. Die BSE-Bilder zeigten eine hohe Empfindlichkeit gegenüber unterschiedlichen Atomzahlen von Elementen. Der helle Fleck eines Materials weist auf eine hohe Ordnungszahl hin. Ti in Ti3C2Tx MXene hat eine Ordnungszahl von 22, was deutlich höher ist als die des Rückgrats der Polymerkette, die C, N und O enthält, die die Ordnungszahlen 6, 7 bzw. 8 haben. Daher konnte kontinuierliches und gut verteiltes Ti2C3-MXen in PAN/biobasierten PU-Verbundfasern erfolgreich hergestellt werden, wenn ein Ti3C2Tx-MXen-Gehalt von bis zu 10 Gew.-% verwendet wurde (Tabelle S1). Die Elementkartierung wurde an einer Faser einer elektrogesponnenen Membran durchgeführt, die aus einer Lösung mit 10 Gew.-% Ti3C2Tx MXene hergestellt wurde (Abb. 4a). In Abb. 4b zeigte das EDS-Spektrum auch einen Ti-Peak von Ti3C2. Das Ergebnis bestätigte das Vorhandensein von Ti aus Ti3C2Tx MXene in der PAN/biobasierten PU-Faser, und F wurde wahrscheinlich durch den Ätzprozess während der MXene-Synthese erzeugt. Die hohe Menge an Ti3C2Tx MXene führte zu einer extrem hochviskosen Polymerlösung und einer äußerst geringen Spinnfähigkeit für die Faserbildung. Beim Einbau von 0,1–10 Gew.-% Ti3C2Tx MXene wurden Veränderungen in der Fasermorphologie der erhaltenen Membran beobachtet, da Ti3C2Tx MXene in die Faserstruktur eingebettet wurde. Wie in Tabelle S1 dargestellt, verringerte sich der Durchmesser deutlich von 510 nm in der reinen Membran auf etwa 220–240 nm in der 0,1–10 Gew.-% Ti3C2Tx MXene-Kompositmembran. Dieses Ergebnis war darauf zurückzuführen, dass sich die Polymerketten verlängerten, um die Ti3C2 MXene-Mikrofolie einzukapseln, wodurch die Fasergröße verringert wurde. Die Größe des in die Faser eingebetteten Ti3C2Tx MXene betrug in der Probe mit 0,1 Gew.-% 2,1 ± 0,8 µm, und dieser Befund deutete auf eine relativ breite Größenverteilung hin. Die Größe nahm in der Probe mit 5 Gew.-% Ti3C2Tx MXene deutlich auf 2,0 ± 0,6 µm ab. Die hohe Menge an Ti3C2Tx MXene führte zur Agglomeration von Partikeln, die im PAN/biobasierten PU-Verbundstoff/Ti3C2 MXene-Verbundfaser mit 7 bzw. 10 Gew.-% Ti3C2Tx MXene 5,1 ± 2,8 und 4,2 ± 2,6 µm groß waren. Diese Eigenschaft wurde auch im System PVDF/Halloysit-Nanoröhre31 und Polyethylenoxid/Ti3C232 beobachtet. Die Ergebnisse zeigten, dass der PVDF-Faserdurchmesser in Gegenwart anorganischer Stoffe abnimmt.

Morphologie der PAN/biobasierten PU/Ti3C2Tx MXene-Verbundmembran mit unterschiedlichen Ti3C2Tx MXene-Gehalten: (a) 0 Gew.-% MXene, (b) 0,1 Gew.-% MXene, (c) 1 Gew.-% MXene, (d) 5 Gew.-% MXene , (e) 7 Gew.-% MXen und (f) 10 Gew.-% MXen. Vorbereitungsbedingungen: angelegte Spannung von 26,5 kV, 20 cm Abstand von der Spitze zum Kollektor und Lösungsflussrate von 2 ml/h.

Elementaranalyse einer PAN/biobasierten PU/Ti3C2Tx MXene-Verbundmembran: (a) Elementkartierungsbilder und (b) EDX-Spektrum, das auf Ti in der Nanofaser hinweist.

Das physikalische Erscheinungsbild der Ti3C2Tx MXene-Verbundmembran wurde weiter untersucht (Abb. 5). Die Farbe des Verbundwerkstoffs änderte sich allmählich mit den Ti3C2Tx MXene-Konzentrationen, d. h. von der perlweißen reinen PAN/biobasierten PU-Membran zur hellgrauen Ti3C2Tx MXene-Verbundmembran. Dieses Ergebnis war auf die erhöhte Menge an schwarzem Metallpulver von MXene und die gute Partikelverteilung zurückzuführen. Allerdings unterschied sich die Farbe von der einer MXene/PAN-Nanofaser, die aufgrund der Verwendung von Nanoblatt MXene33 eine dunkle Membran aufwies.

Optische Bilder einer PAN/biobasierten PU/Ti3C2Tx MXene-Verbundmembran mit unterschiedlichen MXene-Gehalten.

Das mechanische Erscheinungsbild wurde durch den Falttest eindeutig abgebildet. Abbildung S5 zeigt die Flexibilität der PAN/biobasierten PU/Ti3C2Tx MXene-Verbundmembran, die die hohe Flexibilität der Ti3C2Tx MXene-Verbundmembran ohne Rissbildung zeigt. Der Faser/MXene-Verbundstoff zeigte ohne weitere Zusätze eine robuste mechanische Flexibilität und profitierte von der hohen Porosität der elektrogesponnenen Membran. Allerdings waren in der Faserstruktur starre Partikel eingelagert. Darüber hinaus betrug die höchste Zugfestigkeit 1,68 ± 0,14 MPa für den MXene-Gehalt von 5 % der Verbundmembran aus PAN/biobasiertem PU/Ti3C2Tx MXene. Das Ergebnis deutete auf eine geeignete Anwendung von Verbundmembranen in flexiblen elektronischen Geräten hin.

Abbildung S6 zeigt das XRD-Muster von makellosem Ti3C2Tx MXen mit den kristallinen Peaks bei (002), (004), (006), (101), (103), (104), (105), (107) und (108) Ebene entsprechend 2θ von 9,7°, 18,3°, 23,2°, 34,1°, 36,8°, 38,9°, 41,8°, 50,6° bzw. 52,4°. Das XRD-Ergebnis entsprach dem von Cao Y (2017)34. Unter diesen Peaks wurden die Ebenen (002), (004), (006), (008) und (105) der MXene-Struktur zugeordnet. Die Peakintensität bei 2θ von 38,9° hing mit der Al-Schicht zusammen und zeigte einige MAX-Phasenreste im Ti3C2Tx MXene35. Das XRD-Ergebnis entsprach dem EDS-Befund, der im Vergleich zu den Ti- und C-Peaks vernachlässigbare Spuren von Al zeigte36.

Die XRD-Muster des reinen PAN/biobasierten PU und seiner Ti3C2Tx MXene-Verbundwerkstoffe wurden bestimmt (Abb. 6). Das reine Polymer zeigte die geordnete Packung des Polymergerüsts mit einem kristallinen Bereich bei 2θ = 17° und einem breiten Peak nahe 26°, was auf den amorphen Bereich der Nanofaser hinweist. Durch den Einbau von Ti3C2Tx MXene wurde die Peakintensität verbreitert, was die reduzierte Kristallstruktur im Polymer über die interkalierte Struktur der Verbundpolymerkette zeigt16. Die verringerten kristallinen oder erhöhten amorphen Bereiche der Polymermatrix steigerten die Elektrolytaufnahme und die Ionenleitfähigkeit der Membran37.

XRD-Muster von (a) reinem PAN/biobasiertem U und (b) PAN/biobasiertem PU mit 10 Gew.-% Ti3C2Tx MXene.

Die chemische Wechselwirkung von PAN/biobasiertem PU/Ti3C2Tx MXene-Komposit mit Ti3C2Tx MXene-Anteilen wurde mit der FTIR-Technik untersucht. In Abb. 7 wurden die charakteristischen Peaks der Urethanbindung beobachtet, d. h. die breiten Absorptionspeaks bei 3434 und 1536 cm−1 standen im Zusammenhang mit N-H-Streck- bzw. Biegeschwingungen der Urethanbindung, während der Peak die Wellenzahl darstellte von 1724 cm−1 wurde der C=O-Streckung zugeordnet38. Darüber hinaus wurden die FTIR-Spektren bei 2930 und 1450 cm−1 den asymmetrischen Streck- bzw. Biegeschwingungen der Methylengruppe von PAN zugeschrieben. Darüber hinaus wurde der Absorptionspeak bei 2242 cm−1 der CN-Gruppe von PAN39 zugeordnet. MXene zeigte einen charakteristischen Peak bei 550 (500–650) cm−1 und wurde der Ti-O-Zugschwingung zugeordnet, während das Vorhandensein der funktionellen Gruppen –O und –OH von MXene anhand des Peaks von C– bestätigt wurde. O-Streckschwingungen bei 920–1160 cm−1 und O-H-Biegeschwingungen bei 1400–1650 cm40, entsprechend den Ergebnissen eines früheren Berichts40,41. Durch die Zugabe von Ti3C2 MXene wurde kein charakteristischer Peak von PAN/biobasiertem PU verändert, was darauf hindeutet, dass keine chemische Wechselwirkung zwischen Ti3C2Tx MXene und der Polymermatrix auftrat. Dieses Verhalten wurde auch im System PU/Nanoclay42 gefunden.

FTIR-Spektren von PAN/biobasierten PU/Ti3C2Tx MXene-Verbundmembranen mit unterschiedlichen Ti3C2Tx MXene-Gehalten.

Als Elektrolytreservoir und Ionenübertragungsmedium des Separators ist die Porosität der Probe ein wichtiger Parameter, der die Leistung des Separators bestimmt. Die Porositätswerte der elektrogesponnenen PAN/biobasierten PU-Membran und ihrer Ti3C2-MXene-Verbundwerkstoffe lagen im Bereich von 97,97–99,65 % (Abb. 8a). Die Porosität stimmte mit der Erhöhung des MXene-Gehalts auf bis zu 99,65 % überein. Der Hauptgrund liegt darin, dass die Nanofasermembranen eine zufällige 3D-Netzwerkstruktur aufwiesen und die Fasern einander überlappten, um die Porenstruktur zu bilden. Gemäß der Morphologie in Abb. 3 wiesen alle MXene-Verbundfasern im Vergleich zur reinen Polymerfaser kleinere Durchmesser auf. Darüber hinaus zeigten sie einige spindelartige Faserstrukturen und komplexe Porenstrukturen, die wahrscheinlich den Anstieg des Porositätswerts verursachten. Der aus dieser Arbeit erhaltene Porositätswert war größer als der für das PVDF/Celluloseacetat/AgTiO2-Verbundsystem angegebene Wert (88 %)43. Die Zunahme der Porosität mit der Zunahme des anorganischen Füllstoffs wurde in dem Separator festgestellt, der aus dem Halloysit-Nanoröhren-PVDF-Celluloseacetat hergestellt wurde31.

Repräsentativ (a) Porosität (rot) und Elektrolytaufnahme (blau) und (b) schematische Darstellung des Kontaktwinkeltests von PAN/biobasiertem PU/Ti3C2Tx MXene-Komposit.

Die Benetzbarkeit der Probe aus elektrogesponnenen Verbundfasern wurde durch Messung des Wasserkontaktwinkels bewertet (Abb. 8b). Die Ergebnisse zeigten, dass der Kontaktwinkel mit zunehmendem MXene-Gehalt in der Verbundmembran abnahm. Die Flachheit der Tröpfchen auf der Probe zeigte die Entwicklung der Benetzbarkeit der Probe an. Dieser Verbesserungstrend ähnelte dem von Awasthi et al. Die verbesserte Benetzbarkeit der Membran mit der erhöhten Menge an MXene kann mit der Hydrophilie von MXene aufgrund des Vorhandenseins von Hydroxyl- oder Sauerstoffeinheiten als Endgruppen in Zusammenhang gebracht werden44. Die hohe Benetzbarkeit der Separatormembran weist auf deren gute Aufnahmefähigkeit für Elektrolytlösungen hin. Darüber hinaus unterstützt es einen niedrigen inneren Ionenwiderstand in Batterien und verlängert die Elektrolytretention in Batteriezellen1.

Die Elektrolytaufnahme, also die Aufnahmefähigkeit des Separators für flüssigen Elektrolyten, ist eine entscheidende Eigenschaft. Liu et al. berichteten über eine Elektrolytaufnahme von 240 % in der Nanosilica, die auf einem herkömmlichen PP-Separator beschichtet war45. Liang et al. entwickelten außerdem einen faserigen Elektrospinn-Separator aus PVDF, der eine Elektrolytaufnahme von mehr als 400 % aufwies3. Für Separatoren ist eine hohe Aufnahme von flüssigem Elektrolyten unerlässlich, da die Menge an flüssigem Elektrolyten zwischen den Elektroden den inneren Ionenwiderstand von Batterien beeinflussen kann. Die Elektrolytaufnahme des PAN/biobasierten PU/Ti3C2Tx MXene-Komposits lag im Bereich von 1.783 % bis 2.491 %, wie in Abb. 8a dargestellt. Der Wert stieg mit dem Ti3C2Tx MXene-Gehalt und erreichte einen Maximalwert bei 10 Gew.-% Ti3C2Tx MXene. Die Beziehung zwischen Elektrolytaufnahme und Porosität zeigte ähnliche Trends. Der Anstieg der Elektrolytaufnahme wurde auf die hohe Kompatibilität des Separators mit dem flüssigen Elektrolyten zurückgeführt.

Separatoren, bei denen es sich um Materialien mit poröser Struktur handelt, stellen normalerweise einen Ionentransportkanal bereit, der mit der Ionenleitfähigkeit von Batterien zusammenhängt. Zur Untersuchung wurde Wechselstromimpedanzspektroskopie eingesetzt. Die Ionenleitfähigkeit wurde mit Gl. berechnet. (3), in dem der Achsenabschnitt des Nyquist-Diagramms bei hoher Frequenz auf dem realen Z als Volumenwiderstand (Rb) verwendet wurde. Abbildung S7 zeigt das Nyquist-Diagramm des PAN/biobasierten PU/Ti3C2Tx MXene-Komposits und Abbildung S7 (Einschub) zeigt die vom Schnittpunkt auf der X-Achse berechnete Ionenleitfähigkeit. Die Ergebnisse zeigten, dass die Ionenleitfähigkeiten des Ti3C2Tx MXene-Verbundwerkstoffs alle höher waren als die der reinen PAN/biobasierten PU-Faser. Darüber hinaus nahm die Ionenleitfähigkeit mit der Zunahme der Ti3C2Tx-MXene-Zusammensetzungen zu. Je nach Porosität und Elektrolytaufnahme führte die gesamte Zugabe von MXen zu einer Erhöhung der Porosität und Elektrolytaufnahme, was auf eine Zunahme der Trägerkanäle im gleichen Separatorvolumen und eine Verbesserung der Zinkionenmobilität hindeutete. Darüber hinaus wurde dies auf eine umfangreiche, für Ionen zugängliche Oberfläche von Mxen und funktionelle Oberflächengruppen zurückgeführt, von denen berichtet wurde, dass sie eine positive Rolle bei der Reorganisation der Struktur der Polymermatrixkette spielen, um freie Ionen zu konzentrieren46,47,48.

Tabelle 1 zeigt die in dieser Arbeit beobachteten Ionenleitfähigkeiten. Die höchste Ionenleitfähigkeit betrug bis zu 3,35 mS cm−1 bei einem Ti3C2Tx MXene-Gehalt von 5 %. Die Ionentransportfähigkeit der elektrogesponnenen PAN/biobasierten PU-Faser nahm mit der Erhöhung des Ti3C2Tx MXene-Gehalts zu. Allerdings nahm die Ionenleitfähigkeit bei hoher Beladung mit Ti3C2Tx MXene ab. Dieses Phänomen war wahrscheinlich auf den gewundenen Ionentransportkanal und die hohe Kristallinität des Separators in Verbindung mit hohen Füllstoffgehalten zurückzuführen. Die Umsatztendenz der Ionenleitfähigkeit ähnelte der für MXen-modifiziertes Poly(ethylenoxid) und PVDF-Hexafluorpropylen 12,13 berichteten. Tabelle 2 fasst die Leistungen von Verbundabscheidern zusammen. Die Ionenübertragungszahl wurde anhand der Ströme im stationären und anfänglichen Zustand in der Chronoamperometrie berechnet (Abbildung S8). Die Zn+-Übertragungszahlen betrugen 0,49 bzw. 0,54 für die Glasmikrofaser- bzw. PAN/biobasierte PU/5 Gew.-% MXene-Membranen. Die hohe Ionenübertragungszahl war auf die poröse Struktur der Membran aus PAN/biobasiertem PU/5 Gew.-% MXene zurückzuführen.

Abbildung 9 zeigt die typische Zyklenleistung und den Spannungsverlauf über langfristige Lade-/Entladezyklen bei Raumtemperatur. Die Polarisationsspannung wurde über der Betriebszeit aufgetragen. Der Aufbau von Separatoren in symmetrischen Zn-Batterien wurde mit einer Stromdichte von 0,25 bis 2,50 mA cm−2 getestet. Aus Abb. 9a geht hervor, dass das Diagramm des Glas-Mikrofaser-Separators bei jeder Stromdichte ein instabiles Spannungssignal lieferte und während des Zyklusvorgangs einen Kurzschluss verursachte, der das Eindringen von Zinkdendriten in die Membran zeigte51. Der elektrogesponnene Membranseparator aus PAN/PU und sein Verbundwerkstoff mit MXene (Abb. 9b und c) zeigten stabile Spannungsprofile und zeigten kein Kurzschlusssignal. Der Vergleich der Spannungsstabilität ist im vergrößerten Lade-/Entladevorgang in Abb. 9d–f dargestellt. Darüber hinaus wies PAN/biobasiertes PU/5 Gew.-% MXene ein etwas geringeres Spannungsüberpotential auf als reines PAN/biobasiertes PU, was den geringeren Innenwiderstand des symmetrischen Zn/(PAN/biobasiertes PU/5 Gew.-%) widerspiegelte % MXene)/Zn-Zelle. Das ausgezeichnete Überpotential war auf die gute Kompatibilität der Materialien zwischen Membran und Elektrode und ausreichend Elektrolyt in der Membran52 sowie auf funktionelle Oberflächengruppen zurückzuführen, die Berichten zufolge eine positive Rolle bei der Reorganisation der Struktur der Polymermatrixkette zur Konzentration freier Ionen spielen47,48. Das kurzschlussfreie und stabile Spannungsprofil von PAN/biobasiertem PU/5 Gew.-% MXene hat großes Potenzial für den Einsatz in sicheren Zn-Batterieanwendungen gezeigt. Darüber hinaus wurde die Zinkelektrode nach dem Lade-/Entladetest untersucht und die mittels REM beobachtete Morphologie ist in Abbildung S9 dargestellt. In Abbildung S9(a) wurde eine relativ glatte Oberfläche von PAN/biobasiertem PU/5 Gew.-% MXen festgestellt, was auf die gleichmäßige galvanische Zinkabscheidung hinweist, die durch die halogenierte Seite von MXen induziert wird. Der Glas-Mikrofaser-Separator (Abbildung S9(b)) hingegen zeigte eine große Menge flockenartiger Strukturen, die die Bildung von Zinkdendriten auf der Elektrode darstellen.

Zn-Symmetriezellentest für den Lade-/Entladezyklus von (a) Glasfaserseparator, (b) PAN/biobasiertem PU ohne MXene und (c) PAN/biobasiertem PU/5 Gew.-% MXene; Spannungsprofil in 25 bis 50 Zyklen von (d) Glasfaserseparator, (e) PAN/biobasiertem PU ohne MXene und (f) PAN/biobasiertem PU/5 Gew.-% MXene.

Der vollständige Zellaufbau wurde durchgeführt, um die Leistung von PAN/biobasiertem PU/5 Gew.-% MXene als Separator in Batterieanwendungen zu bestätigen. Die Vollzelle mit Vanadium-basierter Kathode und Zinkanode (NVO//Zn) wurde vorbereitet. Die zyklische Voltammetrie (CV) der Batterie mit PAN/biobasiertem PU/5 Gew.-% MXen als Separator ist in Abb. 10 dargestellt. Der erste Oxidationspeak wurde bei einem Oxidationspotential von 1,21 V beobachtet, während das Reduktionspotential 0,85 V darstellte als reversibler Peak. Die vollständige Oxidations- und Reduktionsschleife in der CV-Kurve war offensichtlich, um die verwendbare Batteriezelle zu bestätigen. Außerdem wurde das Geschwindigkeits-Leistungsdiagramm vom LAND-Batterietester erhalten. Die NVO//Zn-Batterie mit PAN/biobasiertem PU/5 Gew.-% MXene stellte die funktionsfähige Batteriezelle aus verschiedenen Raten dar, wie in Abbildung S10 dargestellt. Die spezifische Kapazität nahm mit zunehmender Stromstärke aufgrund der verstärkten Polarisation ab53.

Die Kurve zeigt das zyklische Voltammetrieprofil bei einer Abtastrate von 1 mV s−1 einer NVO//Zn-Vollzellenbatterie.

Bei der praktischen Verwendung eines Separators kann die Batteriezelle während des Betriebs eine gewisse Temperatur erzeugen. Da herkömmliche thermoplastische Materialien die thermische Stabilität von Batterieseparatoren einschränken, kann eine Dimensionsänderung oder Schrumpfung der Proben zu einem elektrischen Kurzschluss oder einem thermischen Durchgehen führen, was besonders problematisch ist54. In dieser Arbeit wurde die thermische Stabilität des Verbundwerkstoffs PAN/biobasiertes PU/Ti3C2Tx MXene nach fortgesetztem Erhitzen auf eine hohe Temperatur von 150 °C für 1 Stunde beobachtet. Abbildung 11 zeigt das Aussehen und die Morphologie der Membranen vor und nach dem Erhitzen. Das Aussehen aller Proben nach dem Erhitzen zeigte, dass die Membranen ihre Form ohne Dimensionsänderungen beibehalten können. Darüber hinaus zeigte die REM-Aufnahme der Membranen nach dem Erhitzen (Abbildung S11), dass die hochporöse Struktur der Membran mit etwas gequollener Faser erhalten blieb. Darüber hinaus wurden keine geschlossenen Poren beobachtet. Nach dem Erhitzen zeigten alle Proben poröse Strukturen und offene Poren. Im Vergleich dazu wurden nach dem Erhitzen der große Faserdurchmesser und die erhöhte Porenstruktur unter dem hohen MXene-Gehalt beobachtet. Das Ergebnis zeigte, dass durch den Einbau von Ti3C2Tx MXene die thermische Dimensionsstabilität von PAN/biobasiertem PU verbessert werden kann. Unter starken Erhitzungsbedingungen von 150 °C und 180 °C pro Stunde wurden jedoch deutliche Dimensionsänderungen beobachtet (Abbildung S12). Durch die hohe Temperatur und die lange Behandlungszeit schrumpften die Proben um ca. 2–3 mm.

PAN/biobasiertes PU/Ti3C2Tx MXene-Komposit (a) vor und (b) nach 1-stündigem Erhitzen auf 150 °C.

Darüber hinaus wurden die FTIR-Spektren der Verbundmembran aus PAN/biobasiertem PU/Ti3C2Tx MXene nach dem Erhitzen bestimmt (Abb. 12). Die FTIR-Spektren von PAN/biobasiertem PU nach dem Erhitzen zeigten, dass die Absorptionsbanden bei 2242 cm−1 im Vergleich zu denen der Probe vor dem Erhitzen abnahmen, was auf die Cyclisierungsreaktion zwischen benachbarten –CN in der PAN-Struktur hinweist. Auf die gleiche Weise verringerten sich die Absorptionspeaks bei 2930 und 1450 cm−1, die den Streck- bzw. Biegeschwingungen der Methylgruppe entsprachen, was auf die Dehydrierung der PAN-Kette schließen lässt55. Während der Wärmebehandlung trat bei 2211 cm−1 eine schwache Schulter auf, die auf die Konjugation von –CN mit dem benachbarten –C=CH– zurückzuführen war, die aus einer Dehydrierungsreaktion resultierte. Ein ähnliches Verhalten wurde ebenfalls gemeldet56. Im Verbundwerkstoff PAN/biobasiertes PU/Ti3C2Tx MXene wurde keine signifikante Änderung der Absorptionspeakintensität beobachtet, was auf die thermische Barrierewirkung der eingebetteten MXene-Metallphase hinweist.

FTIR-Spektren einer PAN/biobasierten PU/Ti3C2Tx MXene-Verbundmembran mit unterschiedlichen Ti3C2 MXene-Gehalten nach einstündigem Erhitzen auf 150 °C.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass PAN/biobasierte PU/Ti3C2Tx MXene-Verbundmembranen erfolgreich durch eine Elektrospinning-Technik hergestellt wurden. Die Mischung aus Polymerlösung aus PAN und biobasiertem PU im Verhältnis 75/25 ergab eine glatte und kontinuierliche elektrogesponnene Faser ohne Bildung von Perlen. Daher wurde dieses Polymerverhältnis weiter zur Herstellung von MXene-Verbundnanofasern verwendet. Dem Polymer wurde MXene im Bereich von 0–10 Gew.-% zugesetzt. Die REM-Aufnahme zeigte, dass die Ti3C2 MXene-Mikrofolie in die PAN/biobasierte PU-Faser eingebettet war und als spindelartige Faserstruktur erschien. Die große spindelartige Struktur in der Nanofaser wurde in der Probe mit einem hohen Ti3C2Tx-MXene-Gehalt beobachtet. Bei höheren Mengen an Ti3C2Tx MXene (5 Gew.-%) wurde jedoch eine weniger spindelartige Struktur beobachtet und die Größe nahm zu, was auf eine Agglomeration von Ti3C2Tx MXene hindeutet. Das EDX-Ergebnis bestätigte auch die Integration von MXene in die Faser. Die Verbundmembran zeigte eine hohe Flexibilität, da sich die Matten um einen Glasstab wickeln können, ohne dass Risse entstehen. Die Integration von MXene in PAN/biobasiertes PU führte zu einer interkalierten Struktur, wie aus den XRD-Ergebnissen hervorgeht. Die Porosität der elektrogesponnenen Fasern nahm mit zunehmendem Ti3C2Tx-MXen-Gehalt aufgrund der stärker verbindenden Struktur des Ti3C2Tx-MXens in der Probe zu. Die hervorragende Porosität beeinflusste auch die Elektrolytaufnahme. Die Ionenleitfähigkeit der Probe nahm mit zunehmendem Ti3C2Tx und MXene zu, was auf die hohe Porosität und Elektrolytaufnahme zurückzuführen ist. Bei hoher Elektrolytaufnahme und Ionenleitfähigkeit zeigte sich auch bei PAN/biobasiertem PU/Ti3C2Tx MXene eine stabile Lade-Entlade-Leistung, und durch Zyklustests mit unterschiedlichen Stromdichten wurde kein Kurzschlusssignal festgestellt. Eine extrem hohe Elektrolytaufnahme führte jedoch zu einer Verringerung der Ionenleitfähigkeit. Die Morphologie der Faserstruktur der Verbundmembran zeigte nur sehr geringe Veränderungen, da die Faser nach dem Erhitzen gequollen wurde. Darüber hinaus behinderte das Ti3C2Tx-MXen die Zersetzung des Polymerkomposits, wie aus den FTIR-Spektren hervorgeht. Dementsprechend ist die PAN/PU/Ti3C2Tx MXene-Verbundmembran ein vielversprechender Separator für Anwendungen von Hochleistungs-Zn-Ionen-Batterien.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Dieses Forschungsprojekt wird vom Second Century Fund (C2F), der Chulalongkorn-Universität, dem National Research Council of Thailand (NRCT) N42A650201 und dem NSRF über die Program Management Unit for Human Resources & Institutional Development, Research and Innovation (B16F640166, B05F640153) unterstützt. Thailand Science Research and Innovation Fund Chulalongkorn University (BCG66620034) Chulalongkorn University, Thailand. Wir danken auch dem Büro für Energiepolitik und -planung des Energieministeriums.

Interdisziplinäres Programm für Nanowissenschaften und Technologie, Graduiertenschule, Chulalongkorn-Universität, Bangkok, 10330, Thailand

Chutiwat Likitaporn

Forschungsinstitut für Metallurgie und Materialwissenschaften, Chulalongkorn-Universität, Bangkok, 10330, Thailand

Manunya Okhawilai, Jiaqian Qin und Pranut Potiyaraj

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Manunya Okhawilai, Jiaqian Qin und Pranut Potiyaraj

Abteilung für Chemieingenieurwesen, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Forschungs- und Entwicklungszentrum für nachhaltige Infrastruktur, Khon Kaen University, Khon Kaen, 40002, Thailand

Pornnapa Kasemsiri

Abteilung für Materialwissenschaften, Fakultät für Naturwissenschaften, Chulalongkorn-Universität, Bangkok, 10330, Thailand

Pranut Potiyaraj

Abteilung für Angewandte Chemie, Graduate School of Engineering, Universität Osaka, Osaka, 565-0871, Japan

Hiroshi Uyama

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CL führte ein Experiment durch und erstellte einen Manuskriptentwurf. MO beaufsichtigte den Entwurf des Projekts und redigierte das endgültige Manuskript. PK besprach die Ergebnisse, JQ konsultierte die Ergebnisse. PP konsultierte die Ergebnisse. HUeditiertes Manuskript.

Korrespondenz mit Manunya Okhawilai.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Likitaporn, C., Okhawilai, M., Kasemsiri, P. et al. Hohe Elektrolytaufnahme der integrierten MXene-Membranseparatoren für Zn-Ionen-Batterien. Sci Rep 12, 19915 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-24578-8

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Eingegangen: 03. Oktober 2022

Angenommen: 17. November 2022

Veröffentlicht: 19. November 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-24578-8

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Zeitschrift für Festkörperelektrochemie (2023)

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