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(a)在Si负极上,原位编织超薄石墨炔纳米片导电网络的过程示意图;
(b)超薄石墨炔,SiNPs和CuNWs之间相互作用的结构示意图;
(c)石墨炔的XRD谱图;
(d)石墨炔的拉曼谱图;
(e)石墨炔的XPS谱图。
图 2 原位编制网状石墨炔前后的SEM对比图
(a,b)FPCuSi编织石墨炔前的SEM图像;
(c,d)FPCuSi编织石墨炔后的SEM图像;
(e,f)FPCuSi编织石墨炔后的截面SEM图像。
图 3 石墨炔纳米片和SiNP之间的结构表征图
(a)石墨炔负载Si的TEM图像;
(b)超薄石墨炔纳米片的高分辨TEM图像;
(c)SiNP上的无缝隙涂层TEM图像;
(d)石墨炔纳米片和SiNP连接处的高分辨TEM图像;
(e)两个SiNP界面处的高分辨TEM图像;
(f)石墨炔纳米片和CuNWs连接处的高分辨TEM图像;
(g)是(a)图像中的元素分布图。
图 4 SiNPs的电化学表征图
(a)在0.3mVs-1下,SiNPs的前4圈CV曲线图;
(b)不同电流密度下,SiNPs的充放电曲线图;
(c)SiNPs的倍率性能图;
(d)在2 A g-1下,SiNPs的循环寿命图;
(e)在5 A g-1下,SiNPs的循环寿命图;
(f)在1 A g-1和4 A g-1下,SiNPs的循环寿命图;
(g)在2 A g-1循环200圈前后的阻抗图;
(h)不同Si负极的性能比较图。
图 5 CV测试前后,SiNPs的结构演变图
(a)在2 A g-1下,循环100圈,SiNPs的表面SEM图像;
(b)在2 A g-1下,循环100圈,SiNPs的截面SEM图像;
(c)在2 A g-1下,循环100圈,去除SEI膜后,SiNPs的SEM图像;
(d)循环1450圈,去除SEI膜后,SiNPs的SEM图像;
(e)循环1450圈,去除SEI膜后,SiNPs的TEM图像;
(f)循环1450圈,去除SEI膜后,SiNPs的高分辨TEM图像;
(g)是(e)图中的元素分布图;
(h-j)石墨炔修饰Si负极的机理示意图。
图 6 GDY纳米片和SiNPs之间的连接示意图
(a)吸附能变化和石墨炔纳米片与Si聚体几何单元的优化图;
(b)Si和石墨炔的俯视图;
(c)Si和石墨炔的左视图。
【小结】
本文采用原位、超低温方法,在Si负极上构建三维石墨炔导电网络结构。研究了循环过程中,硅负极的界面接触和体积变化。石墨炔网络提高了Si负极的机械性能和导电性。在0.2 A g-1时,其比容量高达4122 mAh g-1。在2 A g-1下,循环1450后能维持1503 mAh g-1,循环中表现出优异的可逆性。这种策略对于提高锡,锗和氧化的能量密度具有很高的借鉴意义。
文献:Low-Temperature Growth of All-Carbon Graphdiyne on a Silicon Anode for High-Performance Lithium-Ion Batteries(Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201801459)。
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