《AEM》：一种多孔3D材料，优异的碱金属离子储存和扩散性能

互推小编 2024-01-01

汽车等电子设备的发展正引起公众的广泛关注。其中，高性能充电电池是这些电子设备的关键电源组件，这使得研究人员致力于进一步提高性能的电子产品。对于不同种类的碱金属离子电池，如锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池，由于这些离子的直径和性质不同，因此很少有材料可以同时用作这些电池的负极。要获得多用途的配对材料，需要预先设计其化学成分和空间构型，因为它具有丰富的储存位置和有效的扩散路径。

来自中国科学院北京化学所、青岛生物能源与生物加工技术研究所的研究人员制备了一种设计精良的三维材料Si-DY，它只由丁二炔单元和sp3杂化硅原子组成。由于稳定的类金刚石骨架中丰富的联炔和各种内部通道的结合，Si-DY对碱金属离子具有良好的存储和扩散性能。本文预测了Si-DY对锂、钠和钾离子的超高理论容量分别为3674mAh、2810和1945mAhg−1。特别是作为LiB、NiB和KiB的阳极，Si-DY分别达到了2350mAh、812mAh和512mAh g−1的稳定实用容量以及超长循环稳定性。这些突出的结果表明，所设计的Si-DY作为一种多功能的能源应用材料显示出了巨大的潜力。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/aenm.202101197

图1.Si-DY合成工艺示意图

图2.Si-DY的结构特性

图3.Si-DY的化学成分表征

图4.锂离子储存中Si-DY阳极的电化学性能

图5.Si-DY作为多功能阳极在Na、K离子存储中的应用

图6.Si-DY阳极的理论计算和电化学分析

综上所述，本文展示了一种非常有意义的电化学能量材料，它具有清晰的组成、原理、结构、性质和优异的性能。所制备的多孔Si-DY是由sp3-Si原子连接的丁二炔键组成的三维类金刚石网络结构，在碱金属离子存储中表现出优异的电化学性能。Si-DY在LiBs、NiBs和KIBs中具有超高的可逆容量、优异的倍率性能和超长循环稳定性，表明Si-DY具有广阔的应用前景。本文的研究结果对用于阳极的富炔卡宾材料有了新的认识，为高效电化学储能装置电极材料的设计提供了一条新的途径。（文：SSC）

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