近日，韓國(guó)蔚山科技大學(xué)（UNIST）能源技化工部的郭常圭（音譯）教授，浦項(xiàng)工科大學(xué)（POSTECH）化學(xué)科的樸秀進(jìn)（音譯）教授，以及美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Pacific Northwest National Laboratory,PNNL）共同合作，成功開(kāi)發(fā)了硅的低溫合成技術(shù)，并借助原子單位的模擬闡明了合成原理。此次研究成果刊登于全球知名期刊《Communications Chemistry》的最新一期。
目前，鋰離子電池上的陰極材料主要采用的是石墨，但是電動(dòng)汽車(chē)等大容量電池的需求持續(xù)增長(zhǎng)，迫切需要容量更大替代材料，硅因而也備受關(guān)注，這是因?yàn)楣璧娜萘勘仁?0倍以上。
目前硅的合成方法有很多種，但最為常用的名為“利用金屬還原二氧化硅”，但這一方法需要數(shù)百度以上的高溫，也很難大批量生產(chǎn)硅。
此次研究團(tuán)隊(duì)采用了名為“金屬鹵化物催化劑”，將硅與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即便在較低的溫度下也可以生成硅。通過(guò)原子模擬，解釋低溫合成工藝的機(jī)理。金屬鹵化物催化劑可以加快金屬和二氧化碳的反應(yīng)，降低反應(yīng)能，由此輕易合成硅。
金屬鹵化物的熔點(diǎn)低，可以從二氧化硅脫去氧，起到了降低還原反應(yīng)溫度的作用，通過(guò)直接參與還原反應(yīng)，由此加快了硅的生成速率。從原子單位的機(jī)理來(lái)看，事實(shí)上，硅在較低的反應(yīng)溫度下就可以生成，這將有助于硅陰極材料的大批量生產(chǎn)。
研究團(tuán)隊(duì)將低溫合成法制備的硅用作電池的陰極材料，進(jìn)行充電和放電試驗(yàn)，反復(fù)進(jìn)行數(shù)百次以上，電化學(xué)性能依舊非常穩(wěn)定。
通過(guò)原位透射電鏡實(shí)時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)，低溫合成的硅具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，尤為適用作第二代陰極材料。通過(guò)闡明金屬鹵化物合成法的機(jī)理，將為低溫合成硅提供充足的理論依據(jù)。金屬鹵化物不僅可以促進(jìn)金屬熔化，而且對(duì)硅的構(gòu)造也有極大的作用，今后還有望應(yīng)用于其他金屬氧化物的還原反應(yīng)。
另外，此次研究得到了UNIST未來(lái)先導(dǎo)型項(xiàng)目和超級(jí)計(jì)算機(jī)，以及LG化學(xué)公司的大力支持。
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