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高效穩(wěn)定硅基光解水光電極的研究
發(fā)布時(shí)間：2022-11-17 瀏覽量：2002
硅基負(fù)極相較于石墨負(fù)極具有較低的電勢(shì)平臺(tái)，更高的容量和更便宜的價(jià)格。但是循環(huán)過(guò)程中的容量下降問(wèn)題一直影響著其商業(yè)化應(yīng)用。為了解決這一重要缺陷，近年來(lái)學(xué)者們提出了非常多的策略以增強(qiáng)硅基電極在電化學(xué)過(guò)程中穩(wěn)定性，其中最重要的一個(gè)就是構(gòu)建穩(wěn)定的SEI膜。但是目前的研究通常忽略了電解液和Si之間的反應(yīng)，而這對(duì)SEI膜的穩(wěn)定性關(guān)系很大，需要進(jìn)一步的研究。而在眾多副反應(yīng)中，氟離子與Si的反應(yīng)是最為常見(jiàn)的問(wèn)題。為了阻止副反應(yīng)的發(fā)生，一般要求保護(hù)層具有良好的導(dǎo)電性，可以選擇性的阻斷氟離子但對(duì)鋰離子的擴(kuò)散沒(méi)有影響。
本文中，作者針對(duì)上述問(wèn)題，在Si顆粒表面設(shè)計(jì)了TiN涂層，該涂層具有良好的導(dǎo)電性和對(duì)氟離子的選擇阻斷性。結(jié)合XRD、質(zhì)譜儀、透射電鏡等表征，發(fā)現(xiàn)對(duì)比樣品中炭涂層對(duì)于氟離子沒(méi)有阻礙作用，材料在循環(huán)過(guò)程中形成了Li2SiF6，導(dǎo)致Si和電解質(zhì)都被不可逆轉(zhuǎn)的消耗掉，嚴(yán)重影響電極的容量。而TiN涂層則可以很好的阻止氟離子穿過(guò)涂層，并可以大大提升材料的導(dǎo)電性。實(shí)驗(yàn)表明，具有選擇性保護(hù)層的樣品的副反應(yīng)的反應(yīng)速率降低了約1700多倍，SEI膜的厚度降低了四倍。
總結(jié)來(lái)說(shuō)，通過(guò)研究Si和LiPF6之間的反應(yīng)，提出了一種新的有效地阻礙副反應(yīng)的方法。所制備的TiN涂層有效地阻止了氟離子擴(kuò)散到Si顆粒內(nèi)部發(fā)生副反應(yīng)，并提高了Si的導(dǎo)電性和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)。這一研究結(jié)果對(duì)于研發(fā)具有高循環(huán)能力的高性能硅基負(fù)極具有極高的價(jià)值和指導(dǎo)意義。
