開發(fā)高容量的零應(yīng)變電極材料對于鋰離子電池(LIBs)至關(guān)重要。
同濟(jì)大學(xué)楊金虎等報(bào)告了一種通過新型金屬有機(jī)框架（MOF）衍生的單原子催化策略，來構(gòu)建的具有獨(dú)特零應(yīng)變特性和高鋰存儲(chǔ)容量的Si/C復(fù)合材料。
所得Si/C復(fù)合材料(Si NDs?MDN)由嵌入MOF衍生納米反應(yīng)器(MDN)中的超小硅納米點(diǎn)(ND，直徑約3 nm)組成。作為LIBs負(fù)極它具有一系列優(yōu)勢：
1)零應(yīng)變特性和高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，具有優(yōu)異機(jī)械穩(wěn)定性的多孔MDN將超小Si NDs包裹在納米孔中，可以有效地適應(yīng)Si NDs的體積膨脹/收縮，幾乎消除了鋰化/脫鋰過程中Si/C復(fù)合材料的體積變化；
2)高容量，復(fù)合材料中具有高比表面積和高Si負(fù)載量（30.60 wt%）的超小Si NDs賦予了高鋰存儲(chǔ)容量；3)出色的倍率性能，MDN 內(nèi)相互連接的納米孔為鋰離子的快速擴(kuò)散提供了連續(xù)的通道，有利于鋰的快速儲(chǔ)存。
因此，大量的實(shí)驗(yàn)表征和機(jī)械模擬證明了其零應(yīng)變特性。得益于上述優(yōu)勢，Si NDs?MDN在半電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和高可逆容量（0.1 A g-1下100次循環(huán)后為1327 mAh g-1），在全電池中顯示出高能量密度（300次循環(huán)后為366 Wh kg-1），可與最先進(jìn)的半鋰離子電池相媲美或遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過商業(yè)全電池。
這項(xiàng)工作為具有長循環(huán)壽命的高能鋰離子電池提供了一種很有前景的新型硅基負(fù)極材料，可用于實(shí)際能源應(yīng)用。
圖3 1000次循環(huán)前后的電極厚度和完整性
Zero-Strain High-Capacity Silicon/Carbon Anode Enabled by a MOF-Derived Space-Confined Single-Atom Catalytic Strategy for Lithium-Ion Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202200894
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