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来自玻璃纤维的原材料制备极好的复合物

来自玻璃纤维的原材料制备极好的复合物

近些年人们对于硅做了大量的研究,也涌现出了众多不失优异电化学性能的方案,但是极少能够应用到实际生产中,主要原因就是这些方案具有复杂的制备程序和昂贵的原材料。德国达姆施塔特工业大学Magdalena Graczyk-Zajac研究团队提出一种简易、低成本的的制备技术,同样具有极好的电化学性能。

来自玻璃纤维的原材料制备极好的复合物

图1.复合材料制备示意图

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图2.(a,b)多孔SiNP的TEM和SEM图像


作者首先将二氧化硅通过铝/镁电热还原,然后洗涤以获得清洁的多孔Si。然后把多孔Si进一步分散在果糖溶液中,接着在1100℃下碳化形成碳涂层(Si/C)。最后,将Si/C与陶瓷前体聚合物SPR 684a混合,并在1100℃下热解,使得Si/C颗粒包覆在碳氧化硅(SiOC)基体中。该材料表现出高于2000mAh/g的高比容量,并且100个循环后的容量保持率几乎为100%,库伦效率高于99.5%。

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图3.(a)SiNP复合材料在72mA/g电流密度下的放电容量。(b)使电极表面积归一化为相应面积质量载荷的放电容量。(c)相应的库仑效率

              

如此优异的电化学性能主要得益于:

  • 高度多孔硅形态用于适应体积膨胀,使得在初始Li-Si合金化过程中没有宏观变化

  • 通过存在于孔中的导电碳确保有效的离子和电子传输

  • SiOC基体显着地减少了电解质和电极材料之间的界面,从而抑制了Si上SEI的形成。

作者通过使用市售的二氧化硅玻璃纤维作为多孔Si的来源,以大规模生产复合材料,证明了商业用途的潜力。


Dragoljub Vrankovic, Magdalena Graczyk-Zajac, Constanze Kalcher, Jochen Rohrer, Malin Becker, Christina Stabler, Grzegorz Trykowski, Karsten Albe, Ralf Riedel; Highly Porous Silicon Embedded in a Ceramic Matrix: A Stable High-Capacity Electrodefor Li-Ion Batteries; ACS NANO(2017); DOI: 10.1021/acsnano.7b06031


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