Silicen - Ein neues Negativmaterial für Lithiumbatterien

lithium-ionen-batterien sind die am häufigsten verwendeten energiespeicher. Sie werden aufgrund ihrer Tragbarkeit, Umweltfreundlichkeit und hohen Energiedichte häufig in Smartphones, Laptops und Elektrofahrzeugen eingesetzt. Das am häufigsten verwendete negative Elektrodenmaterial ist Graphit, und die Van-der-Waals-Kraft zwischen den Schichten gewährleistet die Stabilität des Materials während des Ladens und Entladens sowie die Lebensdauer des Recyclings. Aufgrund der kleinen Gitterkonstante, die die Position von Lithiumionen begrenzt, die interpoliert werden können, ist der Kapazitätswert jedoch niedrig. Die Suche nach einem Material mit hoher Kapazität und zyklischer Stabilität ist ein heißes Thema in der Lithium-Ionen-Batterieforschung.

Silicen ist ein geschichtetes Siliziummaterial mit einer Wabenstruktur und kann durch Molekularstrahlepitaxie und Festphasenreaktion hergestellt werden. Da in Silylen die Bindungslänge zwischen Siliciumatomen viel größer ist als die Bindung zwischen Kohlenstoffatomen in Graphen, weist die Anordnung der Atome zwischen den Silylenschichten eine gekrümmte Anordnungsstruktur auf. Im Vergleich zum Siliziummaterial der traditionellen Diamantstruktur ist die Zwischenschichtkopplung von Silicen die Van-der-Waals-Kraft, und der Raum zwischen der Schicht und der Schicht bietet einen Raum für die Einführung von Lithiumionen, wodurch sichergestellt wird, dass die Struktur des Silicens währenddessen nicht zerstört wird den Lade- und Entladevorgang. Um das herkömmliche Siliziumelektrodenmaterial beim Prozess der Lade- und Entladeelektrodenvolumenexpansion zu vermeiden. Die Stabilität und Zykluszeiten von negativen Elektrodenmaterialien aus Silicen können stark verbessert werden. Mehrschichtsilicen hat im Vergleich zu Graphit eine größere Gitterkonstante und seine theoretische Kapazität kann etwa das Dreifache der von Graphit erreichen.

Kürzlich hat das Du Yi-Team der Woolungong-Universität in Australien Monolay- / Multilayer-Silicenproben mittels Molekularstrahl-Epitaxie hergestellt und die atomare und elektronische Struktur von Silicen mit einem Rastertunnelmikroskop detailliert untersucht. Die Ergebnisse der Studie zeigen deutlich, dass die ABA von Silen? Struktur. Die Dirac-Fermion-Eigenschaften von Silicen wurden mit einem Photoelektronenspektrometer mit Winkelauflösung bestimmt. Diese Studie zeigt, dass die Elektronen in Silicen eine extrem schnelle Übertragungsgeschwindigkeit haben und das Problem der schlechten Leitfähigkeit in herkömmlichen Siliziummaterialien lösen. Darüber hinaus zeigte die Studie auch, dass die Stabilität von Silicen in der Atmosphäre viel höher ist als die von herkömmlichen Siliciummaterialien, und dass seine Struktur und elektronischen Eigenschaften erhalten bleiben. Dieses Ergebnis wurde kürzlich in Advanced Materials und ACS Central Science veröffentlicht. Die ersten Autoren des Artikels waren Dr. Zhuangjin und Dr. Li Zhi von der Wulungong Universität.

Zusätzlich werden die durch das Festphasenverfahren hergestellten Siliciumatome und Calciumatome in dem Silicen abwechselnd angeordnet, um eine Schichtstruktur zu bilden, und Calcium wird durch eine lokale chemische Interkalation entfernt und unabhängige Substrate von Silicen werden erhalten. Mit dieser chemischen Methode hergestelltes Silicen ist eine Kathode aus lithiumbatterien und hat die Vorteile einer hohen Kapazität von Materialien auf Siliziumbasis und guter Recyclingeigenschaften von Graphitmaterialien, was es zu einem vielversprechenden negativen Elektrodenmaterial für Lithiumionenbatterien macht.

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