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2022-03-09
颗粒在线讯：高理论容量的硅（Si）负极在锂离子电池（LIBs）中极具应用前景。然而，它们巨大的体积膨胀（∼300%）和差的导电性表明需要同时引入低密度导电碳和纳米硅来克服上述问题，然而这又会导致低体积性能。基于此，广东工业大学李运勇教授将双层封装的Si结构与致密工程相结合，精心设计了一种三维（3D）致密的Ti3C2Tx Mxene和石墨烯包裹的Si整体电极。
本文要点：
1）由于HD-Si@Ti3C2Tx@G整体式负极（负载：1.3 mg cm−2）具有高密度、高电导率和双包覆Si结构，其体积容量高达到5206 mAh cm−3，0.1Ag−1下的重量容量达到2892 mAh g−1，在1.0 A g−1下循环800次，具有出色的稳定性。重要的是，厚而致密的电极（负载量：14 mg cm−2）显示出17.9mAh cm−2的高面积容量。组装的HD-Si@Ti3C2Tx@G//NCM811全电池也表现出优异的循环稳定性，在0.2 A g−1下循环250次，显示了良好的实际应用前景。
2）研究人员通过原位透射电子显微镜、原位扫描电镜、系统动力学和结构稳定性分析，清楚地揭示了该材料优越的体积性能、面积性能和结构稳定性。这些结果归功于Ti3C2Tx Mxene和石墨烯的3D导电弹性网络，可以确保优异的电子和离子动力学行为，实现快速电转移，有效地缓冲体积变化，避免Si的粉碎化，从而获得较大的重量容量和良好的长期循环稳定性。此外，MXene的三维亲水性和细小的介孔结构可以提供良好的电解质渗透性。因此，MXene和石墨烯的协同效应，再加上双包覆Si的致密结构，可以提供优异的体积和面积锂存储性能。
这项工作为极大地提高储能材料的体积和面容量，为可充电电池的大规模实际应用提供了一种很好的设计策略。
Zhonggang Liu, et al, Integrating Dually Encapsulated Si Architecture and Dense Structural Engineering for Ultrahigh Volumetric and Areal Capacity of Lithium Storage, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.1c11298
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c11298
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