Nano Energy: команда Пекинского университета транспорта совместно с Институтом процессов раскрыла, что дефекты вакансий, легированные азотом, способны повышать стабильность кремниевых анодных материалов в литиево‑ионных аккумуляторах.
Дата публикации:
2023-08-23
Силиконовые наносферы, покрытые графитоподобным слоем (Si@C), обладают высокой удельной емкостью; однако в процессе литиевания внутренние механические напряжения в силиконовых сферах приводят к их резкому расширению, что разрушает внешний сетчатый оболочный слой, вследствие чего такие материалы до сих пор не нашли широкого применения.
Силиконовые наносферы, покрытые графитоподобным слоем (Si@C), обладают высокой удельной емкостью; однако в процессе литирования внутренние механические напряжения в силиконовых сферах приводят к их резкому расширению, что разрушает внешний сетчатый оболочечный слой, вследствие чего такие материалы до сих пор не нашли широкого применения. В последнее время, Пико Фемто ® содействовал профессору Ван Си из Пекинского университета транспорта и исследователю Чэнь Шимоу из Института процессов Китайской академии наук в получении новых результатов в области разработки анодных материалов для литий‑ионных аккумуляторов на основе Si@NG; соответствующие научные достижения были опубликованы в международном журнале Nano Energy (IF=15,46) под названием «Структурные дефекты, снижающие напряжение, обеспечивают сверхстабильный кремниевый анод для хранения литиевых ионов».
Рис. 1. Детали эксперимента in situ
Рис. 2. Пико Фемто ® Схема электрического образцового стержня для работы in situ (совместим с электронными микроскопами JEOL или FEI)
Рис. 3. In situ‑измерения с помощью ТЭМ материалов Si@NG и Si@G. (По данным оригинала)
Исследователи использовали Пико Фемто ®Временный электрический образцовый стержень (держатель TEM‑STM) позволил в режиме in situ провести исследование структурной стабильности анодного материала Si@NG в процессе литиевания в трансмиссионном электронном микроскопе и выявить, что азотно‑допированный углеродный слой, покрывающий кремниевые наносферы, эффективно смягчает объёмное расширение этих сфер при литиевании. Тщательный анализ показал: равномерное легирование азотом в углеродном слое приводит к образованию равномерно распределённых дефектов «дырок» в сетке NG, что в полной мере обеспечивает сброс механических напряжений во время расширения кремниевых сфер. Результаты циклических испытаний батарей демонстрируют, что Si@NG обладает высокой циклической стабильностью: при плотности тока 2100 мА·г⁻¹ после 100 циклов удельная ёмкость составляет 1321 мА·ч·г⁻¹, а степень сохранения ёмкости — около 96,6%. Кроме того, начальная количественная эффективность (ICE) достигает 90,3%. Вывод: сочетание исследований in situ на трансмиссионном электронном микроскопе с методами конечных элементов показывает, что азотно‑допированная углеродная матрица способна эффективно снижать механические напряжения, возникающие при объёмном расширении кремниевых сфер в ходе литиевания, благодаря чему внутренние кремниевые сферы сохраняют целостность, обеспечивая циклическую стабильность и хорошие кинетические характеристики анодного материала Si@NG. Данное исследование подтверждает надёжный подход к повышению электрохимических свойств электродных материалов на основе Si/C, прокладывая путь к их практическому применению в литий‑ионных аккумуляторах (LIBs).
Оригинальная ссылка на DOI: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104568
Связанные новости
Свяжитесь с нами
Телефон:15756003283
Электронная почта:support@zeptools.com
Адрес: провинция Аньхой, город Тунлинь, Электронный парк предпринимательства «Дунши», д. 15