硬碳阳极中的局部结构与储存的相关性:对分布函数分析和固态NMR的见解
Joshua M Stratford1,2, Annette K Kleppe3, Dean S Keeble3
1Department of Chemistry, University of Cambridge, Lensfield Road, Cambridge, CB2 1EW, U.K.
这项研究揭示了离子如何储存在离子电池的硬碳中. 在有缺陷的区域形成金属团,根据当地的原子结构和合成条件影响电池容量.
科学领域:
- 材料科学
- 电化学
- 固态化学
背景情况:
- 硬碳是对离子电池的有希望的阳极材料.
- 在硬碳中储存离子的精确机制尚未完全理解.
研究的目的:
- 在硬碳中阐明储存的局部原子环境.
- 修改硬碳阳极中的储存机制.
- 为了将硬碳微结构与储存能力相关联.
主要方法:
- 总分散数据的操作和现场对分布函数 (PDF) 分析.
- 运行23Na固态核磁共振 (NMR) 光谱.
- 基于热解温度的局部碳结构建模.
主要成果:
- 硬碳结构由曲的石墨烯双层组成;碎片大小和曲率取决于热解温度.
- 较高电压容量与缺陷度相关,而较低电压容量与较大的碎片大小相关.
- 在较高的电压下,离子在缺陷的碳区域附近储存,在较低的电压下形成金属集群 (13-15 Å).
结论:
- 当地的原子结构显著决定了硬碳中的储能.
- 集群的形成,而不是集群大小,决定了低电压容量.
- 优化硬碳阳极需要仔细考虑合成条件以控制局部原子和微观结构.
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