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2022-03-09
顆粒在線訊：高理論容量的硅（Si）負(fù)極在鋰離子電池（LIBs）中極具應(yīng)用前景。然而，它們巨大的體積膨脹（～300%）和差的導(dǎo)電性表明需要同時(shí)引入低密度導(dǎo)電碳和納米硅來(lái)克服上述問(wèn)題，然而這又會(huì)導(dǎo)致低體積性能?；诖耍瑥V東工業(yè)大學(xué)李運(yùn)勇教授將雙層封裝的Si結(jié)構(gòu)與致密工程相結(jié)合，精心設(shè)計(jì)了一種三維（3D）致密的Ti3C2Tx Mxene和石墨烯包裹的Si整體電極。
本文要點(diǎn)：
1）由于HD-Si@Ti3C2Tx@G整體式負(fù)極（負(fù)載：1.3 mg cm?2）具有高密度、高電導(dǎo)率和雙包覆Si結(jié)構(gòu)，其體積容量高達(dá)到5206 mAh cm?3，0.1Ag?1下的重量容量達(dá)到2892 mAh g?1，在1.0 A g?1下循環(huán)800次，具有出色的穩(wěn)定性。重要的是，厚而致密的電極（負(fù)載量：14 mg cm?2）顯示出17.9mAh cm?2的高面積容量。組裝的HD-Si@Ti3C2Tx@G//NCM811全電池也表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，在0.2 A g?1下循環(huán)250次，顯示了良好的實(shí)際應(yīng)用前景。
2）研究人員通過(guò)原位透射電子顯微鏡、原位掃描電鏡、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析，清楚地揭示了該材料優(yōu)越的體積性能、面積性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這些結(jié)果歸功于Ti3C2Tx Mxene和石墨烯的3D導(dǎo)電彈性網(wǎng)絡(luò)，可以確保優(yōu)異的電子和離子動(dòng)力學(xué)行為，實(shí)現(xiàn)快速電轉(zhuǎn)移，有效地緩沖體積變化，避免Si的粉碎化，從而獲得較大的重量容量和良好的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。此外，MXene的三維親水性和細(xì)小的介孔結(jié)構(gòu)可以提供良好的電解質(zhì)滲透性。因此，MXene和石墨烯的協(xié)同效應(yīng)，再加上雙包覆Si的致密結(jié)構(gòu)，可以提供優(yōu)異的體積和面積鋰存儲(chǔ)性能。
這項(xiàng)工作為極大地提高儲(chǔ)能材料的體積和面容量，為可充電電池的大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用提供了一種很好的設(shè)計(jì)策略。
Zhonggang Liu, et al, Integrating Dually Encapsulated Si Architecture and Dense Structural Engineering for Ultrahigh Volumetric and Areal Capacity of Lithium Storage, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.1c11298
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c11298
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