أسلاك نانوية مسامية من السيليكون المعدني الرخيص مستقرة بواسطة طبقة أكسيد سطحية لبطاريات أيونات الليثيوم

في السعي لتطوير مواد أقطاب بطاريات أيونات الليثيوم من الجيل القادم، فإن الأداء الكهروكيميائي المرضي وانخفاض تكلفة المواد/التصنيع هما الميزتان الأكثر رغبة. في هذه المقالة، تم تحضير أسلاك نانوية مسامية من السيليكون باستخدام طريقة حفر كيميائي بمساعدة المعادن الفعالة من حيث التكلفة باستخدام السيليكون المعدني الرخيص كمادة أساسية. والأهم من ذلك، أن طبقة أكسيد رقيقة (≈3 نانومتر) تتكون على سطح الأسلاك النانوية المسامية من السيليكون تعمل على استقرار أداء دورة بطاريات أيونات الليثيوم. هذه الطلاء الأكسيدي قادر على تقييد التمدد الكبير في الحجم للسيليكون الأساسي، ومع ذلك فهي رقيقة بما يكفي لضمان نفاذية جيدة لكل من أيونات الليثيوم والإلكترونات. لذلك، يمكن الاحتفاظ بسعة التخزين الاستثنائية للسيليكون في دورات كهروكيميائية ممتدة. على وجه التحديد، تقدم الأسلاك النانوية من Si/SiO x سعة قابلة للعكس تبلغ 1503 مللي أمبير ساعة/جرام في الدورة 560 بكثافة تيار تبلغ 600 مللي أمبير/جرام، مما يدل على متوسط انخفاض قدره 0.04% فقط لكل دورة مقارنة بسعتها الأولية. علاوة على ذلك، فإن الهيكل المسامي العالي وجدار السيليكون الرقيق يسهلان اختراق الإلكتروني ويقصران مسار نقل الليثيوم في الحالة الصلبة، على التوالي. كنتيجة لذلك، يتم تقديم سعات قابلة للعكس مستقرة ومرضية تبلغ 1297، 976، 761، 548، و282 مللي أمبير ساعة/جرام عند كثافات تيار تبلغ 1200، 2400، 3600، 4800، و7200 مللي أمبير/جرام، على التوالي.