Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Industrial materials >> Наноматериалы

Ионотермический синтез кристаллического нанопористого кремния и его использование в качестве анодных материалов в литий-ионных батареях

Аннотация

Кремний имеет большой потенциал в качестве анодного материала для высокоэффективных литий-ионных батарей (LIB). В этой работе описывается простой, высокопроизводительный и масштабируемый подход к получению нанопористого кремния, в котором коммерческий силицид магния (Mg 2 Si) реагировал с кислой ионной жидкостью при 100 ° C и давлении окружающей среды. Полученный кремний представляет собой кристаллическую пористую структуру с площадью поверхности по БЭТ 450 м 2 . / г и размером пор 1,27 нм. При нанесении покрытия из легированного азотом углеродного слоя и применения в качестве анода LIB полученные нанопористые кремний-углеродные композиты демонстрируют высокую начальную кулоновскую эффективность 72,9% и обладают удельной емкостью 1000 мА ч г -1 при 1 A g −1 после 100 циклов. Этот метод подготовки не требует использования сосудов с высокой температурой и давлением и может быть легко применен для массового производства нанопористых кремниевых материалов для литий-ионных аккумуляторов или для других целей.

Введение

Быстро растущее потребление и высокая зависимость от ископаемых источников энергии в современном обществе вызвали растущее чувство беспокойства по поводу окружающей среды, климата и энергоснабжения. Существует острая потребность в разработке устойчивых портативных устройств и систем с высокой энергией и высокой удельной мощностью для устранения несоответствия временного источника энергии и окружающей среды для современного образа жизни [1]. Перезаряжаемые литий-ионные батареи (LIB) имеют большие перспективы для устройств хранения энергии из-за их относительно высокой плотности энергии и стабильности при длительном цикле [2, 3]. Для удовлетворения растущих требований к высокоэффективным LIB широко разрабатываются различные электродные материалы с высокой емкостью, такие как пористые аморфные углеродистые материалы [4, 5], композиты на основе фосфора [6, 7], композиты на основе кремния [8]. ] и оксидов переходных металлов [9, 10]. В качестве жизненно важного компонента кремний (Si) является одним из самых впечатляющих анодных материалов из-за его большой теоретической емкости (4200 мАч г −1 ), обильные природные источники и относительно безопасное напряжение поглощения лития [11]. Тем не менее, крупномасштабная коммерциализация кремниевого анодного материала на практике сталкивается с двумя сложными проблемами. С одной стороны, огромное объемное расширение и сжатие в процессах заряда и разряда приводит к разрушению кремниевого активного материала, быстрому необратимому снижению емкости батареи [12]. С другой стороны, низкая собственная электропроводность (1,6 × 10 −3 См / м) элементарного кремния также значительно затрудняет перенос электронов и снижает быстродействие электрода.

В последнее время значительные усилия были сосредоточены на обходе вышеупомянутых проблем стабильности [13]. Большое количество наноструктурированных кремниевых материалов, включая нанотрубки [14], нанопроволоки / наностержни [15, 16] и нанолисты [17,18,19], были разработаны для достижения улучшенной структурной целостности и рабочих характеристик цикла. Кроме того, изготовление пористых композитов на основе Si также считается эффективным методом, потому что соответствующие поровые пространства в пористых кремниевых композитах могут действовать как буферы, чтобы уменьшить объемное расширение и, таким образом, улучшить характеристики циклирования в LIB [20, 21]. Например, Kim et al. изготовили трехмерные пористые частицы кремния путем термического отжига и травления покрытых бутилами гелей Si и SiO 2 наночастицы при 900 ° C в атмосфере Ar, которые показали стабильную емкость более 2800 мА · ч г -1 после 100 циклов при 1 ° C [22]. An et al. сообщили об экологически чистом, масштабируемом и контролируемом способе получения нанопористого кремния (NP-Si) с превосходными электрохимическими свойствами из коммерческого Mg 2 Сплав Si методом высокотемпературной вакуумной перегонки [23]. Хотя были продемонстрированы огромные успехи в достижении безупречных электрохимических характеристик, большинство методов получения этих нанопористых структур Si, как правило, слишком сложны для масштабирования.

Еще одна эффективная тактика повышения электрохимических характеристик кремниевого анода - покрытие электронопроводящим углеродом наночастиц кремния для образования кремний-углеродных нанокомпозитов [19, 24], таких как желточная скорлупа [25], арбуз [26] и полые структуры [ 27]. Например, Pan et al. разработали нанокомпозиты Si – C со структурой желточной оболочки с высокой удельной емкостью и хорошей циклической стабильностью с помощью простого и недорогого метода, основанного на технологии травления NaOH [28]. Chen et al. разработали Si / B 4 со структурой ядро-оболочка C с графитовым покрытием и продемонстрировал, что такие композиты обладают хорошей долговременной стабильностью при циклировании [29]. Различные исследования показали, что проводящий углерод может не только восполнять низкую электропроводность кремния, но также служить в качестве эластичного посредника для замедления большого изменения объема и предотвращения прямого контакта между кремниевыми активными материалами и электролитом, что приводит к повышенной стабильности циклирования. [30].

На сегодняшний день пути синтеза кремниевых наночастиц (Si НЧ) или пористого кремния (pSi) обычно включают термическое разложение силанов [31], химическое травление кремниевых пластин и магнезиотермическое восстановление SiO 2 шаблоны [32, 33]. Эти приготовления обычно требуют нескольких этапов, высокой температуры, относительно дорогих шаблонов и т. Д., Что приводит к высокой стоимости и трудностям при масштабировании [34]. В последнее время большое внимание уделяется приготовлению наночастиц Si в растворе [35, 36]. Например, Kauzlarich et al. сообщил, что SiCl 4 реагировал с NaSi или KSi в органических растворителях с получением наночастиц кремния [37]. Liang et al. приготовил кремниевые наносферы в форме гнезд с помощью сольвотермической реакции, в которой NaSi реагировал с NH 4 Br в смешанном растворителе пиридина и диметоксиэтана в автоклаве при 80 ° C в течение 24 ч [38]. В описанном синтезе раствора обычно используются высокоактивные восстановители, такие как щелочные металлы, LiAlH 4 , и NaSi, и часто давали низкие выходы или небольшие количества Si НЧ. В связи с этим для массового производства нанокремния по-прежнему необходим недорогой, масштабируемый и простой подход. Здесь мы представляем удобный высокопроизводительный способ получения пористого кремния путем окисления Mg 2 Si в кислой ионной жидкости при 100 ° C и атмосферном давлении. При покрытии легированным азотом углеродном слое и использовании в качестве анода литий-ионной батареи полученные нанопористые кремний-углеродные композиты показали высокую начальную кулоновскую эффективность (CE) 72,9% и удельную емкость 1000 мА · ч г -1 после 100 циклов при 1 A g −1 .

Методы

Материалы

Хлорид 1-бутил-3-метилимидазолия ([Bmim] Cl) был предоставлен Shanghai Cheng Jie Chemical Co. LTD. Хлорид алюминия (AlCl 3 ) был приобретен у Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. Силицид магния (Mg 2 Si) и технический порошок кремния (1–5 мкм) были закуплены у Alfa Aesar. Аккумуляторный этиленкарбонат (EC), диэтилкарбонат (DEC), фторэтиленкарбонат (FEC) и LiPF 6 были приобретены у Shenzhen Kejingstar Technology Ltd., Китай. Все химические вещества и реагенты использовались сразу после получения.

Синтез наночастиц пористого кремния (pSi)

В типичной процедуре [Bmim] Cl (1,5 г) и AlCl 3 (4,5 г) с молярным соотношением ~ 1:4 смешивали и загружали в стеклянную пробирку Шленка. Впоследствии 500 мг силицида магния (Mg 2 Si) добавляли в стеклянную пробирку и интенсивно перемешивали при 100 ° C в течение 10 часов. Вышеуказанная процедура проводилась в перчаточном ящике, заполненном аргоном. После охлаждения осадок собирали и промывали 1 М соляной кислотой, дистиллированной водой и этанолом. Наконец, продукт (150 мг, выход 82%) сушили в вакууме для дальнейшей характеристики.

Синтез легированного азотом углерода, нанесенного на пористые наночастицы кремния (pSi @ NC)

Процедура приготовления указана в опубликованной литературе [39, 40]. Сначала 0,1 г полученных наночастиц пористого кремния (pSi) диспергировали в 250 мл деионизированной воды, содержащей додецилбензолсульфонат натрия (SDBS; 5 мг), путем обработки ультразвуком в течение 30 мин. Смесь интенсивно перемешивали в течение 1 ч при комнатной температуре. После этого 200 мкл мономера пиррола, 0,34 г (NH 4 ) 2 S 2 О 8 , и 1,25 мл 1 M HCl были добавлены в вышеупомянутый раствор. После перемешивания смеси на бане лед / вода в течение 24 ч образовавшиеся черные порошки (обозначенные как pSi @ PPy) собирали фильтрацией, промывали деионизированной водой и сушили в вакууме. Наконец, образец pSi @ PPy нагревали со скоростью 5 ° C мин -1 . в трубчатой ​​печи до 700 ° C в течение 3 ч в атмосфере проточного аргона для получения композита pSi @ NC. Содержание углерода оценивалось термогравиметрическими исследованиями.

Электрохимические измерения

Электрохимические свойства наночастиц пористого кремния изучали с использованием круглой круглой ячейки CR2032, в которой металлическая литиевая фольга служила противоэлектродом и электродом сравнения, предварительно приготовленный pSi @ NC в качестве рабочего электрода, полипропиленовые макропористые пленки (Celgard 2400) в качестве сепараторов. , и 1,0 M LiPF 6 в 1:1 (об. / об.) смеси этиленкарбоната (ЕС) / диэтилкарбоната (ДЭК) в качестве электролита. Ячейки CR2032 собирали в перчаточном боксе в атмосфере аргона (содержание кислорода и воды менее 0,1 ppm). Рабочие анодные электроды были приготовлены путем смешивания полученного композита pSi @ NC, угля Super P и альгината натрия в массовом соотношении 70:20:10 в деионизированной воде с образованием гомогенной суспензии. Затем суспензию наносили на медную фольгу и сушили в условиях вакуума при 80 ° C в течение 12 часов. Общая масса активных материалов на электроде составляла приблизительно 0,5 мг / см -2 . . Циклы заряда-разряда полуэлементов проводили на тестере батарей Neware (Шэньчжэнь, Китай) в режиме постоянного тока в диапазоне 0,01–1,5 В. Циклическую вольтамперометрию (CV) изготовленных анодов измеряли на электрохимическая рабочая станция CHI650d (Shanghai Chenhua Instruments Inc., Китай), использующая трехэлектродную ячейку со скоростью развертки напряжения 0,2 мВ с −1 при комнатной температуре. Удельная емкость рассчитывалась исходя из общей массы композитов pSi @ NC.

Методы характеристики

Измерения силовой дифракции рентгеновских лучей (PXRD) проводили на рентгеновском дифрактометре Bruker D8 ADVANCE (Cu Kα-излучение, 40 кВ, 40 мА, λ =1,5418 Å). Морфология и микроструктура образцов были получены с помощью сканирующей электронной микроскопии (автоэмиссионный сканирующий электронный микроскоп Hitachi, S-4800), а для анализа распределения элементов использовали энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию. Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) и ПЭМ-изображения высокого разрешения регистрировались на приборе JEM-2100. Параметры пористости определяли на анализаторе Micromeritics ASAP 2020 при 77 K после дегазации образца при 150 ° C в течение 10 ч. Удельную поверхность рассчитывали с использованием многоточечного метода Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ), а распределение пор по размерам анализировали методом теории функционала плотности (DFT) на основе данных адсорбции. Рамановская спектроскопия (LabRAM Aramis, Horiba, оснащенная лазером с длиной волны 633 нм) была использована для исследования структуры нанопористого кремния, который сначала был откалиброван с помощью кремниевой пластины (520 см -1 ). Спектрометр PHI 5000 VersaProbe использовался для измерений рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS). Термогравиметрический анализ (ТГА) проводился на синхронном термоанализаторе STA449F3 (Netzche) в атмосфере воздуха при 10 ° C мин -1 от 30 до 800 ° C в токе воздуха. Испытания циклической вольтамперометрии (CV) были выполнены на электрохимической станции CHI650d (Shanghai Chenhua Instruments Inc., Китай).

Результаты и обсуждение

Получение наночастиц пористого кремния (pSi) из Mg 2 Si в ионной жидкости может быть выражен как реакция 1, как показано на схеме 1. Чтобы понять процесс реакции, исходные продукты предложенной реакции 1 без какой-либо промывки были непосредственно собраны и проанализированы с помощью PXRD (дополнительный файл 1:рисунок S1) . Анализ PXRD показал, что первичный продукт в основном состоит из кристаллического Si, побочного продукта неорганических солей MgCl 2 , и реагенты Mg 2 Si и AlCl 3 . В процессе приготовления наночастиц пористого кремния смешивали хлорид 1-бутил-3-метилимидазола и трихлорид алюминия в молярном соотношении 1:4 для обеспечения кислотности реакционной системы. Затем Mg 2 Si реагировал с кислотной системой с образованием наночастиц кремния. Выход наночастиц пористого кремния составил более 82% в зависимости от количества атомов Si в Mg 2 . Si. Реакцию проводили в колбе, что позволяло легко масштабировать массовое производство pSi. Использование ионной жидкости [BmimCl] -AlCl 3 был необходим для приготовления pSi. Без AlCl 3 , реакция Mg 2 Si с [BmimCl] не состоялся. Точно так же Mg 2 Si не мог реагировать с AlCl 3 сам по себе или в других органических растворителях, таких как тетрагидрофуран, для получения pSi. Мы отметили, что pSi ранее получали термическим разложением силанов или галогенидов кремния при высокой температуре или их реакциями с высокоактивными восстановителями, такими как щелочные металлы, LiAlH 4 , и NaSi [37, 41]. Использование Mg 2 Si для получения наноструктурированного кремния отгонкой Mg при высокой температуре также известен [23, 42, 43]. Однако эти реакции часто давали низкие выходы или небольшие количества pSi. Напротив, метод, описанный в этой работе, применим для массового производства pSi.

Предлагаемая реакция для приготовления pSi

PXRD-диаграмма продукта показана на рис. 1a. Эти пять узких и острых пиков при 2θ 28,4, 47,3, 56,1, 69,1 и 76,4 ° относятся к плоскостям решетки (111), (220), (311), (400) и (331) кубической фазы кремния. (JCPDS No. 27-1402), что позволяет предположить, что полученный кремний является высококристаллическим. Средний размер кристаллитов полученных частиц кремния составлял около 40 нм на основании уравнения Шеррера. На рис. 1б представлены спектры комбинационного рассеяния кремниевых наночастиц. Типичный характеристический пик находится на отметке 518 см −1 соответствует валентной моде Si-Si кристаллического Si. Широкая полоса от 900 до 1050 см −1 следует отнести к спектру кремния второго порядка [44]. И небольшой пик на ~ 303 см −1 был отнесен к поверхностному оксиду. Удельная поверхность и характеристика пористости полученных образцов были выяснены с помощью N 2 Изотермы адсорбции / десорбции при 77 К. Образец pSi демонстрировал кривые изотермической сорбции типа IV (a) с гибридной петлей гистериза H2 (b) / H3, которая характерна для материала пористой структуры [45]. Он обладал высокой площадью поверхности Брунауэра-Эмметта-Теллера (БЭТ) - 450 м 2 . г −1 . Анализ распределения пор по размерам, основанный на методе DFT, показал, что продукт состоит из относительно узких микропор (1,27 нм) и мезопор (5,4 нм) с широким распределением пор по размерам. Наличие этих пор может облегчить Li + диффузия ионов.

а Образцы PXRD, b Рамановские спектры, c Спектр XPS, d Спектр EDS, e кривые адсорбции-десорбции азота и f кривая распределения пор pSi по размерам

Морфология полученных образцов кремния была изучена с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) и просвечивающей электронной микроскопии (TEM). СЭМ (рис. 2a, b, дополнительный файл 1:рис. S2) и ПЭМ (рис. 2c, d) изображения показывают, что общий размер полученных нанопористых кремниевых частиц находится в диапазоне от нескольких десятков до примерно 100 нм в диаметре. Изображение ПЭМ на рис. 2c показывает, что образец состоит из связанных между собой частиц кремния, что приводит к пористой структуре. Мы постулировали, что плотно расположенные Si 4− в предшественнике микронных размеров Mg 2 Si прореагировал с кислой ионной жидкостью с образованием Si, окруженного MgCl 2 наночастицы. Последние были смыты разбавленной HCl, оставив связанные между собой pSi с вакансиями. Полученный pSi показал большую площадь поверхности по БЭТ 450 м 2 . г −1 с равномерным распределением пор по размеру при 1,27 нм, что подтверждает вышеприведенное положение. Изображение HRTEM для pSi на рис. 2d показывает, что четкая полоса решетки с типичным d Расстояние 0,31 нм, приписываемое кристаллическим плоскостям (111) кубического Si, хорошо согласуется с результатами PXRD. Показано, что взаимосвязанные наночастицы кремния покрыты тонким оксидным слоем на внешней поверхности из-за окисления. Состав поверхности и валентный статус наночастиц Si были идентифицированы с помощью энергодисперсионного анализа (EDS) и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS). Спектр Si 2p XPS (рис. 1c) показал два широких перекрывающихся пика при 98,2 эВ и 103,0 эВ. Два пика можно разделить на пять компонентов при 98,11, 99,11, 100,75, 102,64 и 103,64 эВ, которые были отнесены к Si (0), Si (I), Si (II), Si (III) и Si (IV). ), соответственно. Наличие сильного пика Si (0) указывает на образование пористого кремния. Более сильные пики Si (III) и Si (IV) предполагают, что поверхность пористого кремния покрыта оксидом кремния [46]. Соответственно, энергодисперсионный (EDS) анализ pSi показал, что атомное соотношение Si / O на поверхности составляет около 3:2 (рис. 1d).

а , b Изображения SEM и c , d ПЭМ-изображения pSi (на вставке в d показаны паттерны SAED)

Для использования в качестве анодных материалов LIB, pSi инкапсулировали проводящим полипирролом для образования композитов pSi @ NC. PXRD-диаграмма композита pSi @ NC показала дополнительный широкий пик около 23 ° (рис. 3а), что свидетельствует о том, что углеродный слой, легированный азотом, является аморфным [39]. Рамановский спектр композита pSi @ NC (рис. 3b) показал два широких пика при 1335 и 1585 см -1 . отнесены к полосам D и G графитового углерода [47] соответственно, что подтверждает результат PXRD. Соотношение интенсивностей полосы D и полосы G (I D / I G ) композита pSi @ NC составляет около 1,07, что указывает на низкую степень графитизации углеродного слоя. C 1 s XPS-спектры pSi @ NC показали наличие связи N – C (285,85 эВ на рис. 3, c), подтверждая легирование азота в углеродный каркас [48]. Пик XPS N 1 s (рис. 3d) можно разделить на три пика с центрами 397,85, 398,72 и 400,57 эВ соответственно, которые принадлежат пиридиновому, пиррольному и графитному типам атомов азота, легированных в углеродный каркас [39 , 49]. Содержание углерода в композите pSi @ NC было определено методом ТГА и составило около 20 мас.% (Дополнительный файл 1:рисунок S3).

а Образцы PXRD, b Рамановские спектры, c C 1 s XPS-спектры высокого разрешения и d XPS-спектры высокого разрешения N 1 с композита pSi @ NC

Чтобы охарактеризовать электрохимические характеристики композита pSi @ NC в качестве анода для LIB, были проведены измерения циклической вольтамперометрии (CV) от до 2,5 В при скорости сканирования 0,2 мВ с −1 были выполнены. Как показано на рис. 4а, первый пик восстановления около 1,5 В на ВАХ был приписан разложению добавки к электролиту (FEC фторэтиленкарбоната) [50]. Пик необратимого восстановления был виден при потенциале около 0,6 В во время первого разряда и исчез в последующих циклах, что было связано с образованием мембраны на границе раздела твердых электролитов (SEI) [51]. Образование SEI было связано с разложением органических растворителей электролита, таких как EC и DEC, и привело к начальной необратимой потере емкости [50, 52]. Пик около 0,1 В на следующих CV-кривых представляет переход от кристаллического кремния к аморфному Li x Si [53]. Между тем, во время процесса зарядки наблюдались два типичных пика окислительно-восстановительного потенциала около 0,28 и 0,53 В, которые были связаны с процессом извлечения Li из Li x Si [54, 55]. Примечательно, что силы тока как анодных, так и катодных пиков постепенно увеличивались после первых циклов. Это «активационное» явление следует в основном отнести к постепенному разрушению кристаллической структуры кремния [54, 56].

а Кривые CV, b кривые заряда-разряда, c длительная работа на велосипеде при 0,1 А g −1 и 1 A g −1 на 100 циклов соответственно (плотности тока) и d скорость работы циклически изменялась при различных плотностях тока композитного электрода pSi @ NC. е Циклические характеристики коммерческого композита Si @ NC при 0,1 А · г −1 на 100 циклов

На рисунке 4b показаны первые две кривые разряд-заряд композитных анодов pSi @ NC, циклически меняющихся при плотности тока 0,1 А · г −1 . . Композит pSi @ NC имел длинную и плоскую террасу разряда около 0,1 В во время первого разряда, что соответствует характерной террасе вставок Li в кристаллическом Si. Хорошо закристаллизованный кремний стал аморфным и показал характерные профили заряда / разряда аморфного кремния в последующих циклах. Другие потенциальные плато, которые появились около 0,6 В во время первого процесса литирования, являются результатом образования SEI [57]. Результаты хорошо согласуются с кривыми CV. Начальная разрядная и зарядная емкости составляли 2790 и 2036 мА ч г −1 . , обеспечивая высокую начальную кулоновскую эффективность (CE) 72,9%. Более низкая зарядная емкость частично может быть связана с ограничивающим эффектом оксидного слоя SiO x , которые служили буферами, чтобы ограничить объемное расширение и степень литиирования [58, 59]. Важно отметить, что в последующих циклах не наблюдалось явного снижения емкости, а кулоновский КПД поддерживался почти постоянным на уровне около 100%.

На рисунке 4c показаны циклические характеристики композитных анодов pSi @ NC, которые проводились при плотности тока 0,1 А · г -1 . на 100 циклов и при плотности тока 1 А · г −1 на последующие 100 циклов. Нанокомпозитные аноды pSi @ NC показали емкость 1720 мА ч г -1 . после 110 циклов при плотности тока 0,1 А изб. −1 , что соответствует сохранению емкости 79%. Кроме того, композитные электроды pSi @ NC обеспечивают обратимую емкость 1010 мА ч г −1 . при 1 A g −1 после последующих 110 циклов, со скоростью падения производительности 0,2% за цикл с 101 по 210 цикл. На рис. 4d показаны скоростные характеристики электрода pSi @ NC. Электрод pSi @ NC достиг разрядной емкости 2360, 1690, 1570, 1470, 1320 и 850 мА ч г −1 . при плотности тока 0,1, 0,3, 0,5, 1,0, 2,0 и 5,0 А · г −1 , соответственно. Разрядная емкость может быть восстановлена ​​примерно до 2160 мА ч г -1 . когда плотность тока вернулась к 0,1 А изб. −1 , что доказывает, что композитный анод pSi @ NC обладает выдающейся электрохимической обратимостью. Для сравнения, коммерческий кремниевый порошок (рис. 4e), покрытый проводящим углеродом, легированным азотом в качестве анода, достиг высокой начальной разрядной емкости 3230 мА · ч г -1 , но существенно снизилась емкость до 110 мА ч г - 1 после 100 циклов при 0,1 А изб. −1 . Эти результаты свидетельствуют о том, что проводящий углеродный слой, легированный азотом, и пористая структура в pSi @ NC могут обеспечивать быстрые пути переноса ионов / электронов и поддерживать структурную стабильность, таким образом наделяя композитный анод pSi @ NC хорошими скоростными характеристиками и отличной обратимостью [ 21, 39, 60]. Кроме того, поверхностное окисление в pSi может также способствовать повышению эффективности циклирования литий-ионных аккумуляторов, что ограничивает объемное расширение частиц кремния и позволяет избежать некоторых побочных реакций в соответствии с предыдущими исследованиями [58].

Выводы

Таким образом, мы разработали новый метод получения нанопористого кремния с высокими выходами, основанный на реакции силицида магния (Mg 2 Si) в кислой ионной жидкости. При покрытии легированным азотом углеродном слое и применении в качестве анода литий-ионной батареи полученные композиты кремний-углерод проявляют высокую обратимую емкость, долговременную стабильность при циклическом воздействии и высокую начальную эффективность Columbic. Слой покрытия из углерода, легированного азотом, обеспечивает эффективные проводящие пути для быстрой транспортировки ионов лития и переноса электронов, что способствует улучшению электрохимических свойств частиц кремния. Поскольку условия реакции относительно мягкие, а выход продуктов превышает 82%, этот метод приготовления может быть распространен на массовое производство кремниевых анодных материалов.

Сокращения

[Bmim] Cl:

1-бутил-3-метилимидазолия хлорид

AlCl 3 :

Хлорид алюминия

Резюме:

Циклическая вольтамперометрия

EDS:

Энергодисперсионная спектроскопия

Mg 2 Si:

Силицид магния

pSi:

Наночастицы пористого кремния

pSi @ NC:

Углерод, легированный азотом, нанесенный на наночастицы пористого кремния

PXRD:

Порошковая дифракция рентгеновских лучей

SEM:

Сканирующая электронная микроскопия

ТЕМ:

Просвечивающая электронная микроскопия

TGA:

Термогравиметрический анализ

XPS:

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия


Наноматериалы

  1. Гибридный композит на основе наноструктурированного диоксида кремния / золота и целлюлозы с амино-POSS, получе…
  2. Простой синтез наночастиц SiO2 @ C, закрепленных на MWNT, в качестве высокоэффективных анодных материалов для лити…
  3. СИНТЕЗ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАТОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ LiNi0.5Mn1.5O4 с легированием композитов Cr3 + и F− для литий-…
  4. Многослойный композит MoS2 / ацетиленовый черный как эффективный анодный материал для литий-ионных батарей
  5. Подготовка гибридных микроматериалов MnO2 с полипропиленовым покрытием и их улучшенные циклические характери…
  6. Встроенный композит Si / графен, изготовленный методом термического восстановления магнием в качестве анодно…
  7. Экологичный и простой синтез нанопроволок Co3O4 и их перспективное применение с графеном в литий-ионных батаре…
  8. Простой одностадийный сонохимический синтез и фотокаталитические свойства композитов на квантовых точках г…
  9. Нанокристаллический пленочный анод Fe2O3, полученный методом импульсного лазерного осаждения для литий-ионных…
  10. Быстрый синтез нанокристаллов Pt и Pt / микропористых материалов La2O3 с использованием акустической левитации