AFM:探讨平板石墨化层与环形孔道对碳材料中Li/Na/K存储与扩散的影响
北2北
2020-02-29
硬碳材料是碱金属离子电池所用负极材料中的佼佼者。硬碳类材料的结构都十分复杂，因此对其金属离子存储和迁移的机理进行研究对于开发新一代高比能储能技术至关重要。有鉴于此，英国萨里大学的Qiong Cai等对影响硬碳负极储能机制的平板石墨化层和环形孔道这两种模型进行了深入细致的探讨。
本文要点
1) 研究人员采用密度泛函理论计算与多种实验技术相结合的方式对两种硬碳孔道模型的储能机制进行了研究。他们借助小角X射线衍射和透射电子显微镜等手段来构建了符合要求的平板石墨化层模型材料和环形孔道模型材料。
2) 研究结果表明，平板石墨化层的层间距小于6.5Å，这种尺度的层间距有助于存储更多的金属离子，但是对于金属离子在材料内部的快速扩散反而贡献不大。不过，当石墨化层的层间距扩大到大于6.5Å后就可以发生快速的离子迁移，此时两个相邻石墨层之间的相互作用很弱。
3) 具有环形孔道的碳材料模型表现出曲折的形貌，这对于金属离子的储存不太有利但是却能够显著降低离子迁移势垒，这也是为什么很多文献报道曲折结构碳材料往往能够表现出更好地循环稳定性。
Emilia Olsson et al, Elucidating the Effect of Planar Graphitic Layers and Cylindrical Pores on the Storage and Diffusion of Li, Na, and K in Carbon Materials, Advanced Functional Materials, 2020
https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201908209
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