Силицен - новый отрицательный материал для литиевых батарей

Литий-ионные батареи - наиболее часто используемые устройства для хранения энергии. Они широко используются в смартфонах, ноутбуках и электромобилях благодаря своей портативности, экологичности и высокой плотности энергии. Наиболее часто используемым материалом отрицательного электрода является графит, а сила Ван-дер-Ваальса между слоями обеспечивает стабильность материала во время зарядки и разрядки, а также срок службы утилизации. Однако из-за небольшой постоянной решетки, которая ограничивает положение ионов лития, которые могут быть интерполированы, значение емкости низкое. Поиск материала с высокой емкостью и циклической стабильностью - горячая тема в исследованиях литий-ионных аккумуляторов.

Силицен представляет собой слоистый кремниевый материал с сотовой структурой, который может быть получен методом молекулярно-лучевой эпитаксии и твердофазной реакции. Поскольку в силилене длина связи между атомами кремния намного больше, чем связь между атомами углерода в графене, расположение атомов между силиленовыми слоями имеет искривленную структуру. По сравнению с кремниевым материалом традиционной алмазной структуры, межслойное взаимодействие силицена представляет собой силу Ван-дер-Ваальса, а пространство между слоем и слоем обеспечивает пространство для введения ионов лития, гарантируя, что структура силицена не разрушается во время процесс зарядки и разрядки. Во избежание использования традиционного кремниевого электродного материала в процессе зарядки и разрядки электродов возникает проблема объемного расширения. Стабильность и продолжительность цикла материалов отрицательных электродов, изготовленных из силицена, могут быть значительно улучшены. По сравнению с графитом, многослойный силицен имеет большую постоянную решетки, а его теоретическая емкость может достигать примерно в три раза больше, чем у графита.

Недавно группа Du Yi из Университета Вулунгонг в Австралии подготовила монослойные / многослойные образцы силицена методом молекулярно-лучевой эпитаксии и подробно изучила атомную и электронную структуру силицена с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Результаты исследования ясно показывают, что АБК силена? Состав. Фермионные характеристики дирака силицена определялись фотоэлектронным спектрометром с угловым разрешением. Это исследование показывает, что электроны в силицене имеют чрезвычайно высокую скорость передачи и решают проблему плохой проводимости в традиционных кремниевых материалах. Кроме того, исследование также показало, что стабильность силицена в атмосфере намного выше, чем у традиционных кремниевых материалов, а его структура и электронные свойства сохраняются. Этот результат был недавно опубликован в журналах Advanced Materials и ACS Central Science. Первыми авторами статьи были доктор Чжуанцзинь и доктор Ли Чжи из Университета Вулунгун.

Кроме того, атомы кремния и атомы кальция в силицене, полученном твердофазным способом, располагаются поочередно, образуя слоистую структуру, и кальций удаляется посредством локальной химической интеркаляции, и получаются независимые субстраты из силицена. Силицен, полученный этим химическим методом, является катодом литиевых батарей и обладает преимуществами высокой емкости материалов на основе кремния и хорошими характеристиками вторичной переработки графитовых материалов, что делает его очень многообещающим материалом отрицательного электрода для литий-ионных аккумуляторов.

Страница содержит содержимое машинного перевода.