リチウム電池の負極材料にシリレンを使用することにはどのような利点がありますか？

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。

シリレンは、ハニカム構造を有する層状シリコン材料であり、分子線エピタキシーおよび固相反応によって調製することができる。シリレンのシリコン原子間の結合長は、グラフェンの炭素原子間の結合長よりもはるかに長いため、シリレンの層間原子配列は歪んだ配列になります。従来のダイヤモンド構造のシリコン材料と比較して、シリレンの層間結合効果はファンデルワールス力であり、充電および放電中にシリレンの構造が破壊されないように、層間にリチウムイオン挿入用のスペースが設けられています。 。これにより、充電および放電中の従来のシリコン電極材料の電極体積の膨張の問題が回避される。シリレン製の負極材料の安定性とサイクル数を大幅に向上させることができます。多結晶シリレンは、グラファイトと比較して、格子定数が大きく、理論容量はグラファイトの約3倍です。

最近、オーストラリアのウロンゴン大学のDu Fuグループは、分子線エピタキシー法によって単層/多層シリレンサンプルを調製し、走査型トンネル顕微鏡法によってシリレンの原子および電子構造を詳細に研究しました。結果は、シリレンのABA構造を明確に示しています。シリレ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法によって決定されました。この研究は、シリレン中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、研究によると、大気中のシリレンの安定性は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ます。この成果は最近、Advanced Materials [1]およびACSCentral Science [2]に掲載されました。この記事の最初の著者は、ウーロンゴン大学のZhuangJincheng博士とLiZhi博士です。

また、固相法で作製したシリレン中のシリコン原子とカルシウム原子を交互に並べて層状構造にし、局所化学インターカレーション法でカルシウムを除去することにより、無基質のシリレンを得る。化学的方法で作製したシリレンは、リチウム電池のカソードとして使用され、シリコンベースの材料の大容量とグラファイト材料の優れたサイクル特性の利点を持ち、リチウムイオンの非常に潜在的なアノード材料になります電池。

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