Enthüllung des Anodenmaterials von Lithiumbatterie-Silene

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. Graphit ist das am häufigsten verwendete Anodenmaterial. Die Van-der-Waals-Kraft zwischen den Schichten gewährleistet die Stabilität und Lebensdauer des Materials beim Laden und Entladen. Aufgrund der kleinen Gitterkonstanten können Lithiumionen jedoch in geringer Kapazität interkaliert werden. Die Suche nach einer Art Material mit hoher Kapazität und Zyklusstabilität ist ein Hot Spot bei der Erforschung von Lithium-Ionen-Batterien.

Silene ist ein geschichtetes Siliziummaterial mit Wabenstruktur, das durch Molekularstrahlepitaxie und Festkörperreaktion hergestellt werden kann. Da die Bindungslänge zwischen Siliciumatomen in Silikon viel länger ist als die zwischen Kohlenstoffatomen in Graphen, hat die Anordnung der Zwischenschichtatome in Silikon eine verzerrte Anordnungsstruktur. Im Vergleich zu herkömmlichen Siliziummaterialien mit Diamantstruktur ist der Zwischenschichtkopplungseffekt von Silikon die Van-der-Waals-Kraft, die Raum für die Einführung von Lithiumionen zwischen Schichten bietet, um sicherzustellen, dass die Struktur von Silikon während des Ladens und Entladens nicht zerstört wird, wodurch das Problem von vermieden wird Volumenexpansion herkömmlicher Siliziumelektrodenmaterialien während des Ladens und Entladens. Im Vergleich zu Graphit ist die Gitterkonstante von mehrschichtigem Silikon größer und seine theoretische Kapazität kann etwa das Dreifache der von Graphit erreichen.

Kürzlich bereitete das Team von Du Yi an der Universität von Wollongong, Australien, Monoschicht- / Mehrschicht-Silikonproben durch Molekularstrahlepitaxie (MBE) vor und untersuchte die atomaren und elektronischen Strukturen von Silikon im Detail durch Rastertunnelmikroskopie (STM). Die Ergebnisse zeigen deutlich die ABA von Silikon. Struktur. Die Dirac-Fermion-Eigenschaften von Silikon wurden durch winkelaufgelöste Photoelektronenspektroskopie bestimmt. Diese Studie zeigt, dass die Elektronen in Silikon eine sehr schnelle Übertragungsgeschwindigkeit haben und das Problem der schlechten Leitfähigkeit in herkömmlichen Siliziummaterialien lösen. Darüber hinaus zeigt die Studie auch, dass die Stabilität von Silikon in der Atmosphäre viel höher ist als die von herkömmlichen Siliziummaterialien, und dass seine Struktur und elektronischen Eigenschaften erhalten bleiben. Die Ergebnisse wurden kürzlich in Advanced Materials und ACS Central Science veröffentlicht. Die ersten Autoren sind Dr. Chuang Jincheng und Dr. Li Zhi von der Wulungong Universität.

Zusätzlich sind die durch ein Festkörperverfahren hergestellten Silicium- und Calciumatome in dem Silikon abwechselnd angeordnet, um eine Schichtstruktur zu bilden. Calcium wurde durch lokale chemische Interkalation entfernt, und dann wurde das Silikon ohne Substrat erhalten. Das durch dieses chemische Verfahren hergestellte Silikon wird als Kathode von Lithium-Ionen-Batterien verwendet und hat die Vorteile einer hohen Kapazität von Materialien auf Siliziumbasis und guter Zykluseigenschaften von Graphitmaterialien. Es ist ein sehr potentielles negatives Material für Lithium-Ionen-Batterien geworden.

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