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第一作者：Meisheng Han

通訊作者：趙天壽

通訊單位：南方科技大學(xué)

趙天壽，中國科學(xué)院院士、能源科學(xué)與工程熱物理專家。1983年畢業(yè)于天津大學(xué)熱物理工程系，1986年獲該校碩士學(xué)位，1995年獲得美國夏威夷大學(xué)博士學(xué)位?，F(xiàn)任南方科技大學(xué)講席教授、美國機械工程師學(xué)會(ASME) Fellow、英國皇家化學(xué)學(xué)會(RSC) Fellow、曾獲Croucher資深研究成就獎、何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進步獎、國家自然科學(xué)二等獎、香港科大工程學(xué)杰出研究成就獎。入選Clarivate/Thomson Reuters 全球高被引科學(xué)家和最有影響力科學(xué)思想名錄。任國際期刊International Journal of Heat and Mass Transfer主編與Energy & Environmental Science顧問編委。

論文速覽

鍺（Ge）陽極因其較高的理論體積容量（8646 mAh cm^?3）而在鋰離子電池中受到廣泛關(guān)注。然而，巨大的體積膨脹（≈230%）導(dǎo)致其較差的電化學(xué)性能。文獻中報道的解決該問題的策略通常導(dǎo)致低堆積密度，降低了體積容量。

本研究提出了一種通過高壓誘導(dǎo)方法制備致密的鍺(Ge)基負極材料，用于鋰離子電池。

該材料為被堅固TiO₂和高導(dǎo)電碳層包裹的納米尺寸Ge（約15納米），展現(xiàn)出低應(yīng)力-應(yīng)變特性、低體積膨脹、高電子導(dǎo)電性（463.2 S m^?1）、高鋰離子擴散系數(shù)（9.55 × 10^?9–8.51 × 10^?12cm² s^?1）和高壓實密度（1.79 g cm^?3）。這種致密結(jié)構(gòu)在0.1 A g^?1時實現(xiàn)了3559.8 mAh cm^?3的出色體積容量，在20 A g^?1時為2628.2 mAh cm^?3，并在10 A g^?1下?lián)碛谐^5000個循環(huán)的優(yōu)異循環(huán)壽命。

此外，全電池展示了高達1760.1 Wh L^?1的高體積能量密度，以及卓越的快充性能和長循環(huán)壽命。這項工作為設(shè)計高體積容量的合金基鋰離子電池負極提供了新的合成策略和深入見解。

圖文導(dǎo)讀

圖1：樣品合成示意圖及相應(yīng)的SEM圖像。

圖2：XRD、Raman、XPS分析：通過XRD確認了樣品的晶體結(jié)構(gòu)，Raman光譜顯示了碳材料的存在，XPS分析揭示了Ge、TiO₂和C的化學(xué)狀態(tài)。

圖3：電化學(xué)性能測試。

圖4：不同電流密度下的循環(huán)測試，證明了TiO₂/Ge/C-HP電極的長期穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)完整性。

總結(jié)展望

本研究成功開發(fā)了一種新型的高壓誘導(dǎo)致密Ge基負極材料，該材料在保持高體積容量的同時，還具有出色的循環(huán)穩(wěn)定性和快充性能。通過使用高密度TiO₂和高導(dǎo)電碳的雙重封裝，有效緩解了Ge在鋰化過程中的體積膨脹，提高了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

此外，該材料的高壓實密度和低體積膨脹特性使其在實際應(yīng)用中具有巨大的潛力。未來的工作將進一步優(yōu)化制備工藝，降低成本，并探索該材料在其他類型電池中的應(yīng)用。

文獻信息

標題：Pressure-Induced Dense and Robust Ge Architecture for Superior Volumetric Lithium Storage

期刊：Advanced Energy Materials

DOI：10.1002/aenm.202401065

原創(chuàng)文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/05/27/080ce23598/

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趙天壽院士，重磅AEM！

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