シリセン-新しいリチウム電池のネガティブ材料

リチウムイオン電池は、最も一般的に使用されているエネルギー貯蔵装置です。携帯性、環境への配慮、エネルギー密度の高さから、スマートフォン、ラップトップ、電気自動車に広く使用されています。最も一般的に使用される負極材料はグラファイトであり、層間のファンデルワールス力により、充電および放電中の材料の安定性とリサイクルの耐用年数が保証されます。ただし、補間できるリチウムイオンの位置を制限する格子定数が小さいため、容量値は低くなります。大容量でサイクル安定性のある材料を見つけることは、リチウムイオン電池の研究でホットなトピックです。

シリセンは、ハニカム構造の層状シリコン材料であり、分子線エピタキシーと固相反応によって調製できます。シリレンでは、シリコン原子間の結合長がグラフェンの炭素原子間の結合よりもはるかに長いため、シリレン層間の原子の配置は湾曲した配置構造になります。従来のダイヤモンド構造のシリコン材料と比較して、シリセンの層間結合はファンデルワールス力であり、層と層の間のスペースはリチウムイオン挿入のためのスペースを提供し、シリセンの構造が破壊されないことを保証します充電および放電プロセス。充電および放電電極の体積膨張問題の過程で従来のシリコン電極材料を回避するため。シリセン製の負極材料の安定性とサイクルタイムを大幅に向上させることができます。多層シリセンはグラファイトに比べて格子定数が大きく、理論容量はグラファイトの約3倍になります。

最近、オーストラリアのWoolungong大学のDu Yiチームは、分子線エピタキシーによって単層/多層シリセンサンプルを準備し、走査型トンネル顕微鏡を使用してシリセンの原子および電子構造を詳細に研究しました。研究の結果は、シレンのABAが？構造。シリセンのディラックフェルミオン特性は、角度分解能光電子分光計によって決定されました。この研究は、シリセンの電子の伝送速度が非常に速く、従来のシリコン材料の導電率が低いという問題を解決することを示しています。さらに、この研究では、大気中のシリセンの安定性が従来のシリコン材料よりもはるかに高く、その構造と電子特性が維持されていることも示されました。この結果は最近、AdvancedMaterialsとACSCentralScienceに掲載されました。この記事の最初の著者は、Wulungong大学のZhuangjin博士とLiZhi博士でした。

また、固相法で作製したシリセンのケイ素原子とカルシウム原子を交互に並べて層状構造にし、局所的な化学インターカレーションによりカルシウムを除去し、独立したシリセンの基質を得る。この化学的方法で調製されたシリセンは、リチウム電池の正極であり、シリコン系材料の大容量と黒鉛材料の優れたリサイクル特性という利点があり、リチウムイオン電池用の非常に有望な負極材料となっています。

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