在纳米封闭空间中电化学合金时,Si-Li阳极的变形
Benjamin Hertzberg1, Alexander Alexeev, Gleb Yushin
1School of Materials Science and Engineering, Woodruff School of Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia 30332, USA.
Journal of the American Chemical Society
|June 10, 2010
概括
研究人员开发了离子电池中阳极的模型,表明它们适应碳纳米管孔. 这种设计可以实现高容量和稳定的循环,以实现先进的电池性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 纳米技术 纳米技术
背景情况:
- 增加离子电池能量密度需要超越石墨的先进阳极材料.
- (Si) 阳极提供更高的理论容量,但在循环过程中遭受形态不稳定.
- 了解封闭结构中的Si-Li合金形态变化对于高效的阳极设计至关重要.
研究的目的:
- 开发一个预测模型的阳极形态变化在有限的几何体内的变化.
- 为了研究碳纳米管 (CNT) 孔中的的电化学合金行为.
- 为了评估由 CNTs 封装的 Si 基阳极的性能.
主要方法:
- 开发一个简单的弹性塑料模型来模拟Li合金过程中的Si形态变化.
- 具有不同Si厚度的Si涂层CNTs的实验合成.
- 电化学循环和Si-CNT阳极性能的表征.
主要成果:
- 弹性塑料模型准确地预测了在CNT毛孔内的第一个化过程中Si的不可逆转的塑性变形.
- 随后的化/脱周期显示Si-CNT系统的形状变化完全可逆.
- -CNT阳极实现了高容量 (高达2100 mAh/g) 和表现出极好的稳定性 (>250 周期) 与>99.9%的库伦比效率.
- CNT墙壁有效地适应了Li间隙过程中Si的体积膨胀应力.
结论:
- 在CNT中封闭的Si最初经历塑性变形,随后发生可逆膨胀/收缩,从而实现稳定的循环.
- 开发的弹性塑料模型为纳米结构环境中的Si阳极行为提供了基本的理解.
- 多孔Si/CNT复合材料是高性能离子电池阳极的有希望的战略.
