当前位置： 石墨 >> 石墨市场 >> 哈工大分散在石墨烯基体中的超薄硅纳米片用
成果简介
由二维硅材料由于其厚度小、横向尺寸大等优点，在锂离子电池（LIBs）的高性能阳极方面具有广阔的应用前景。然而，超薄二维硅纳米片（SiNSs）的简易合成及其有效应用仍然是一个巨大的挑战。本文，哈尔滨工业大学杜春雨，教授团队在《AdvFunctMater》期刊发表名为“UltrathinSiNanosheetsDispersedinGrapheneMatrixEnableStableInterfaceandHighRateCapabilityofAnodeforLithium-ionBatteries”的论文，研究通过HCl蚀刻Al2O9Si3合成平均厚度小于2nm的超薄Si-NSs。与石墨烯结合后，制备的Si-NSsrGO该材料具有超高速率性能（.8mAhg1at0.05Ag1and.3mAhg1at10Ag1），较长的循环寿命（在2Ag1下进行次循环具有0.05%的容量衰减率（每个循环）和较高的平均库仑效率（个循环期间为99.85%），优异的性能归因于Si-NS的超薄性，极大地提高了Li+离子的扩散性和可逆性。这项工作提供了一种制备高倍率负极材料的策略，以满足对高功率密度锂离子电池不断增长的需求。图文导读
图1、a)蒙脱石Al2O9Si3-HCl的照片。b)蒙脱石Al2O9Si和Al2O9Si3-HCl的XRD图谱。c)用于蚀刻蒙脱石Al2O9Si3的HCl溶液的27AlMASNMR光谱（d)Si-NSsrGO的合成过程示意图。e)TEM、f)HRTEM和g)Si-NSs的AFM图像。h)Si-NSsrGO的TEM图像。图2、a）Si-NSs和Si-NSsrGO的XRD图谱。b)Si-NSsrGO的Si2pXPS光谱。c)Si-NSs和Si-NSsrGO的拉曼光谱。d)GO、Si-NSs和Si-NSsrGO的TG曲线。图3、a)在0.1mVs-1扫描速率下Si-NSs和纳米Si的CV曲线。b)在50mAg-1下Si-NSs和纳米Si的恒电流充放电曲线。c）在mAg-次循环下Si-NSs、Si-NSsrGO、纳米Si和纳米SirGO电极的循环性能。d)长期循环性能和e)Si-NSs、Si-NSsrGO、nano-Si和nano-SirGO在2Ag-1下次循环的库仑效率。图4、a)拟合的C1s，b)F1s光谱，和c)循环Si-NSsrGO电极的Si2pXPSAr离子蚀刻深度分析。d)循环纳米SirGO电极的拟合C1s、e)F1s光谱和f)Si2pXPSAr离子蚀刻深度分析。图5、锂化期间单个a)Si-NS和d)纳米Si在不同充电状态(SOC)下的vonMises应力分布（b)Li+的浓度分布和c)在%SOC下锂化过程中堆叠的Si-NSs的应力分布。e)Li+的浓度分布和f)在%SOC下锂化过程中堆叠纳米硅的应力分布。g)Li+浓度和h)VonMises应力与堆叠纳米硅表面应力集中点和应力均匀点的SOC曲线。图6、a)Si-NSs、Si-NSsrGO、nano-Si和nano-SirGO电极的倍率性能。b)Si-NSsrGO与之前报道的硅基材料之间的速率能力比较。c)Si-NSsrGO的微分容量曲线。d)Si-NSsrGO在不同扫描速率下的CV曲线。e)阴极和阳极峰的Log(i)与log(v)图。f）不同扫描速率下电容和扩散控制贡献的百分比。g)Si-NSsrGO在1.0mVs-1时电容和扩散电流的分离。h）活化后Si-NSsrGO和纳米SirGO电极的电化学阻抗谱。i)在较低角频率下Zre和ω-0.5之间的关系。小结
这项工作表明，制备超薄Si-NSs及其与石墨烯的结合是提高Si基负极电化学性能的一条重要简易的途径，在大功率和长寿命LIBs中具有巨大的应用潜力，并且可以扩展到其他电极材料的研究。文献：
