В чем преимущество материала отрицательного электрода литиевой батареи силилен?

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 Фан-де-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.

Силилен представляет собой слоистый кремниевый материал, имеющий ячеистую структуру, и его можно получить молекулярно-лучевой эпитаксией и твердофазной реакцией. Поскольку длина связи между атомами кремния в силилене намного больше, чем длина связи между атомами углерода в графене, межслойное расположение атомов в силилене имеет искривленное расположение. По сравнению с кремниевым материалом традиционной алмазной структуры, эффект межслойной связи силилена представляет собой силу Фан-де-Ваальса, и между слоями предусмотрено пространство для введения иона лития, чтобы гарантировать, что структура силилена не разрушается во время зарядки и разрядки. . Таким образом, устраняется проблема увеличения объема электрода обычного кремниевого электродного материала во время зарядки и разрядки. Стабильность и количество циклов материала отрицательного электрода, изготовленного из силилена, могут быть значительно улучшены. По сравнению с графитом поликристаллический силилен имеет большую постоянную решетки и теоретическую емкость примерно в три раза больше, чем у графита.

Недавно группа Du Fu из Университета Вуллонгонга, Австралия, подготовила однослойные / многослойные образцы силилена методом молекулярно-лучевой эпитаксии и подробно изучила атомную и электронную структуру силилена с помощью сканирующей туннельной микроскопии. Результаты ясно показывают структуру ABA силилена. Фермионные характеристики Дирака силилена были определены методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением. Это исследование показывает, что электроны в силилене имеют чрезвычайно высокую скорость передачи и решают проблему плохой проводимости в традиционных кремниевых материалах. Кроме того, исследования показали, что стабильность силилена в атмосфере намного выше, чем у традиционных кремниевых материалов, а его структура и электронные свойства сохраняются. Это достижение было недавно опубликовано в журналах Advanced Materials [1] и ACS Central Science [2]. Первыми авторами статьи являются доктор Чжуан Цзиньчэн и доктор Ли Чжи из Университета Вуллонгонг.

Кроме того, атомы кремния и атомы кальция в силилене, полученном твердофазным способом, поочередно располагаются с образованием слоистой структуры, а кальций удаляется методом локальной химической интеркаляции, тем самым получая силилен без подложки. Силилен, полученный химическим методом, используется в качестве катода литиевой батареи и имеет преимущества высокой емкости материала на основе кремния и хороших циклических характеристик графитового материала, а также становится очень потенциальным анодным материалом для иона лития. аккумулятор.

Страница содержит содержимое машинного перевода.