Welchen Vorteil hat das negative Elektrodenmaterial für Lithiumbatterien bei Verwendung von Silylene?

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 Fan de 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.

Silylen ist ein geschichtetes Siliziummaterial mit einer Wabenstruktur und kann durch Molekularstrahlepitaxie und Festphasenreaktion hergestellt werden. Da die Bindungslänge zwischen den Siliciumatomen im Silylen viel größer ist als die Bindungslänge zwischen den Kohlenstoffatomen im Graphen, weist die Zwischenschichtatomanordnung im Silylen eine verzogene Anordnung auf. Verglichen mit dem Siliziummaterial der traditionellen Diamantstruktur ist der Zwischenschichtkopplungseffekt von Silylen die Fan de Waals-Kraft, und zwischen den Schichten ist ein Raum zum Einfügen von Lithiumionen vorgesehen, um sicherzustellen, dass die Struktur des Silylens während des Ladens und Entladens nicht zerstört wird . Dadurch wird das Problem der Ausdehnung des Elektrodenvolumens des herkömmlichen Siliziumelektrodenmaterials während des Ladens und Entladens vermieden. Die Stabilität und Zykluszahl des negativen Elektrodenmaterials aus Silylen kann stark verbessert werden. Im Vergleich zu Graphit hat das polykristalline Silylen eine größere Gitterkonstante und eine theoretische Kapazität, die etwa dreimal so hoch ist wie die von Graphit.

Kürzlich hat die Du Fu-Gruppe der Universität von Wollongong, Australien, einschichtige / mehrschichtige Silylenproben durch Molekularstrahlepitaxie hergestellt und die atomaren und elektronischen Strukturen von Silylen durch Rastertunnelmikroskopie detailliert untersucht. Die Ergebnisse zeigen deutlich die ABA-Struktur von Silylen. Die Dirac-Fermion-Eigenschaften von Silylen wurden durch Photoelektronenspektroskopie mit Winkelauflösung bestimmt. Diese Studie zeigt, dass die Elektronen in Silylen eine extrem schnelle Übertragungsgeschwindigkeit haben und das Problem der schlechten Leitfähigkeit in herkömmlichen Siliziummaterialien lösen. Studien haben außerdem gezeigt, dass die Stabilität von Silylen in der Atmosphäre viel höher ist als die herkömmlicher Siliziummaterialien, und dass seine Struktur und elektronischen Eigenschaften erhalten bleiben. Diese Leistung wurde kürzlich in Advanced Materials [1] und ACS Central Science [2] veröffentlicht. Der erste Autor des Artikels ist Dr. Zhuang Jincheng und Dr. Li Zhi von der Universität Wollongong.

Zusätzlich werden die Siliciumatome und die Calciumatome in dem nach dem Festphasenverfahren hergestellten Silylen abwechselnd angeordnet, um eine Schichtstruktur zu bilden, und das Calcium wird durch ein lokales chemisches Interkalationsverfahren entfernt, wodurch ein substratfreies Silylen erhalten wird. Das nach dem chemischen Verfahren hergestellte Silylen wird als Kathode der Lithiumbatterie verwendet und hat die Vorteile einer hohen Kapazität des Materials auf Siliziumbasis und guter Zykluseigenschaften des Graphitmaterials und wird zu einem sehr potentiellen Anodenmaterial für das Lithiumion Batterie.

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