来自玻璃纤维的原材料制备极好的复合物

近些年人们对于硅做了大量的研究，也涌现出了众多不失优异电化学性能的方案，但是极少能够应用到实际生产中，主要原因就是这些方案具有复杂的制备程序和昂贵的原材料。德国达姆施塔特工业大学Magdalena Graczyk-Zajac研究团队提出一种简易、低成本的的制备技术，同样具有极好的电化学性能。

图1.复合材料制备示意图

图2.（a，b）多孔SiNP的TEM和SEM图像

作者首先将二氧化硅通过铝/镁电热还原，然后洗涤以获得清洁的多孔Si。然后把多孔Si进一步分散在果糖溶液中，接着在1100℃下碳化形成碳涂层（Si/C）。最后，将Si/C与陶瓷前体聚合物SPR 684a混合，并在1100℃下热解，使得Si/C颗粒包覆在碳氧化硅（SiOC）基体中。该材料表现出高于2000mAh/g的高比容量，并且100个循环后的容量保持率几乎为100%，库伦效率高于99.5%。

图3.（a）SiNP复合材料在72mA/g电流密度下的放电容量。（b）使电极表面积归一化为相应面积质量载荷的放电容量。（c）相应的库仑效率

如此优异的电化学性能主要得益于：

• 高度多孔硅形态用于适应体积膨胀，使得在初始Li-Si合金化过程中没有宏观变化

• 通过存在于孔中的导电碳确保有效的离子和电子传输

• SiOC基体显着地减少了电解质和电极材料之间的界面，从而抑制了Si上SEI的形成。

作者通过使用市售的二氧化硅玻璃纤维作为多孔Si的来源，以大规模生产复合材料，证明了商业用途的潜力。

Dragoljub Vrankovic, Magdalena Graczyk-Zajac, Constanze Kalcher, Jochen Rohrer, Malin Becker, Christina Stabler, Grzegorz Trykowski, Karsten Albe, Ralf Riedel; Highly Porous Silicon Embedded in a Ceramic Matrix: A Stable High-Capacity Electrodefor Li-Ion Batteries; ACS NANO(2017); DOI: 10.1021/acsnano.7b06031

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