MXene Ti₃C₂ как высокоёмкий электродный материал для литий-, натрий-, калий- и кальций-ионных аккумуляторов

Двумерные материалы способны обеспечивать высокую скорость заряда аккумуляторов, поскольку ионам металлов не требуется диффундировать в трёхмерной кристаллической решётке. Однако известно, что графен, наиболее изученный двумерный материал, практически не обладает литиевой ёмкостью. В настоящей работе методом первопринципных расчётов в рамках теории функционала плотности предсказана адсорбция Li, а также Na, K и Ca на Ti₃C₂ — одном из представителей MXene. Установлено, что энергия адсорбции этих атомов зависит от степени покрытия поверхности. При увеличении степени покрытия энергии адсорбции Na, K и Ca снижаются, тогда как для Li зависимость от покрытия выражена слабо. Выявленную связь между энергией адсорбции и степенью покрытия ионами металлов поверхности Ti₃C₂ можно объяснить их эффективными ионными радиусами. Больший эффективный ионный радиус усиливает взаимодействие между атомами металлов, что приводит к меньшей степени покрытия. Расчётная ёмкость Ti₃C₂ для Li, Na, K и Ca составила соответственно 447,8, 351,8, 191,8 и 319,8 мА·ч/г. По сравнению с материалами, используемыми в настоящее время в качестве анодов литий- и натрий-ионных аккумуляторов, MXene обладает потенциалом для повышения общей эффективности аккумуляторов.