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一种新的锂电池负极材料——硅烯
作者:球王会 来源:球王会 点击: 发布日期: 2022-08-16 16:07
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球王会 - 球王会体育官方锂离子电池是最常用的储能装置,由于具备便于装载、环境友好和低能量密度等特点,普遍应用于智能手机、笔记本电脑以及电动车中。最常用的负极材料是石墨,其层间的范德华力保证该材料在充放电过程中的稳定性以及循环使用寿命。但由于晶格常数较小容许了锂离子需要插层的方位,容量值低。找寻一种具备高容量以及循环稳定性的材料是当下锂离子电池研究的热点。 硅烯是一种具备蜂窝状结构的层状硅材料,可通过分子束外延以及固相反应的方法制取获得。...
本文摘要:锂离子电池是最常用的储能装置,由于具备便于装载、环境友好和低能量密度等特点,普遍应用于智能手机、笔记本电脑以及电动车中。最常用的负极材料是石墨,其层间的范德华力保证该材料在充放电过程中的稳定性以及循环使用寿命。但由于晶格常数较小容许了锂离子需要插层的方位,容量值低。找寻一种具备高容量以及循环稳定性的材料是当下锂离子电池研究的热点。 硅烯是一种具备蜂窝状结构的层状硅材料,可通过分子束外延以及固相反应的方法制取获得。

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锂离子电池是最常用的储能装置,由于具备便于装载、环境友好和低能量密度等特点,普遍应用于智能手机、笔记本电脑以及电动车中。最常用的负极材料是石墨,其层间的范德华力保证该材料在充放电过程中的稳定性以及循环使用寿命。但由于晶格常数较小容许了锂离子需要插层的方位,容量值低。找寻一种具备高容量以及循环稳定性的材料是当下锂离子电池研究的热点。

硅烯是一种具备蜂窝状结构的层状硅材料,可通过分子束外延以及固相反应的方法制取获得。由于在硅烯中,硅原子间的键长要比石墨烯中碳原子间的键长大许多,所以硅烯中层间原子排序具备曲翘的排序结构。比起于传统金刚石结构的硅材料,硅烯的层间耦合起到是范德华力,层与层之间获取了供锂离子放入的空间,保证在充放电过程中硅烯的结构不被毁坏,从而防止了传统硅电极材料在充放电过程中电极体积收缩的问题。

利用硅烯制作的负极材料的稳定性和循环次数都可以获得相当大的提升,比起于石墨,多层硅烯的晶格常数更大,其理论容量可以超过石墨的三倍左右。最近,澳大利亚伍伦贡大学杜轶课题组通过分子束外延的方法制取了单层/多层硅烯样品,后用扫瞄隧道显微镜详尽地研究了硅烯的原子和电子结构。研究结果确切地表明了硅烯的ABA?结构。

通过角辨别光电子能谱仪确认了硅烯的狄拉克费米子特性,这一研究指出硅烯中的电子具备很慢的传输速度,解决问题了传统硅材料中导电性劣的问题。另外,研究还指出硅烯在大气下的稳定性远高于传统硅材料,其结构和电子性能皆以求维持。这一成果近期公开发表在AdvancedMaterials[1]和ACSCentralScience[2]上。文章的第一作者是伍伦贡大学的庄金呈圆形博士和李志博士。

硅烯蜂窝状ABA?原子结构另外,利用固相法制取的硅烯中硅原子和钙原子交错排序构成层状结构,通过局部化学插层的方法把钙去除,进而获得独立国家无衬底的硅烯。利用这种化学法制取的硅烯作为锂电池的阴极,同时具备硅基材料的高容量和石墨材料的较好循环特性等优点,沦为一种十分有潜力的锂离子电池负极材料。


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