Silicene: un nuevo material negativo para baterías de litio

Las baterías de iones de litio son los dispositivos de almacenamiento de energía más utilizados. Son ampliamente utilizados en teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y vehículos eléctricos debido a su portabilidad, respeto al medio ambiente y alta densidad de energía. El material de electrodo negativo más utilizado es el grafito, y la fuerza de van der Waals entre las capas asegura la estabilidad del material durante la carga y descarga y la vida útil de reciclaje. Sin embargo, debido a la pequeña constante de celosía, que limita la posición de los iones de litio que se pueden interpolar, el valor de capacidad es bajo. Encontrar un material con alta capacidad y estabilidad cíclica es un tema candente en la investigación de baterías de iones de litio.

Silicene es un material de silicio en capas con una estructura de panal y se puede preparar mediante epitaxia de haz molecular y reacción en fase sólida. Dado que en el silileno, la longitud del enlace entre los átomos de silicio es mucho mayor que el enlace entre los átomos de carbono en el grafeno, la disposición de los átomos entre las capas de silileno tiene una estructura de disposición curva. En comparación con el material de silicio de la estructura de diamante tradicional, el acoplamiento entre capas de silicene es la fuerza de Van der Waals, y el espacio entre la capa y la capa proporciona un espacio para la inserción de iones de litio, asegurando que la estructura del silicene no se destruya durante el proceso de carga y descarga. Para evitar el material de electrodo de silicio tradicional en el proceso de carga y descarga, el problema de expansión del volumen del electrodo. La estabilidad y los tiempos de ciclo de los materiales de los electrodos negativos hechos de siliceno se pueden mejorar enormemente. Comparado con el grafito, el siliceno multicapa tiene una constante de celosía mayor y su capacidad teórica puede alcanzar aproximadamente tres veces la del grafito.

Recientemente, el equipo de Du Yi de la Universidad de Woolungong en Australia preparó muestras de siliceno monocapa / multicapa mediante epitaxia de haz molecular y estudió la estructura atómica y electrónica del silicene en detalle con un microscopio de efecto túnel. Los resultados del estudio muestran claramente que el ABA de silene? Estructura. Las características del fermión dirac del siliceno se determinaron mediante un espectrómetro fotoelectrónico de resolución angular. Este estudio muestra que los electrones en el silicio tienen una velocidad de transmisión extremadamente rápida y resuelven el problema de la mala conductividad en los materiales de silicio tradicionales. Además, el estudio también mostró que la estabilidad del siliceno en la atmósfera es mucho mayor que la de los materiales de silicio tradicionales, y se mantienen su estructura y propiedades electrónicas. Este resultado se publicó recientemente en Advanced Materials y ACS Central Science. Los primeros autores del artículo fueron el Dr. Zhuangjin y el Dr. Li Zhi de la Universidad de Wulungong.

Además, los átomos de silicio y los átomos de calcio en el siliceno preparado por el método de fase sólida se disponen alternativamente para formar una estructura estratificada, y el calcio se elimina mediante una intercalación química local, y se obtienen sustratos independientes de siliceno. El silicene preparado mediante este método químico es un cátodo de las baterías de litio y tiene las ventajas de la alta capacidad de los materiales a base de silicio y las buenas características de reciclaje de los materiales de grafito, lo que lo convierte en un material de electrodo negativo muy prometedor para baterías de iones de litio.

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