스트레스 회복성을 갖춘 배터리 음극용 탄소 코팅 실리콘 시트에서 기계적 불일치에 의한 리펄링

높은 이론 용량과 낮은 작동 전압으로 인해 실리콘은 리튬 이온 배터리에 이상적인 음극입니다. 그러나 리튬 삽입/탈리튬 시 실리콘의 큰 부피 변화는 안정적인 배터리 작동에 중대한 도전 과제를 제시합니다. 여기에서는 큰 변형의 이점을 활용하고 얇은 탄소층으로 코팅된 이차원 실리콘 나노시트를 개발하여 물질의 구조적 안정성을 보장하는 전례 없는 설계를 소개합니다. 전기화학 사이클링 동안 이 탄소 코팅 실리콘 나노시트는 리튬 삽입 시 두께 방향으로의 변형 수용과 탈리튬 시 리플 형성이라는 독특한 변형 패턴을 보이며, 이는 인사이트 전자 현미경 관찰 및 화학 기계적 시뮬레이션에 의해 입증됩니다. 리플 형성은 사이클링으로 인한 스트레스를 방출하는 독특한 메커니즘을 제시하여, 코팅되지 않은 대조군보다 전극을 훨씬 더 안정적이고 내구성 있게 만듭니다. 이 연구는 고용량 전극 설계를 위해 큰 변형 물질의 장점을 활용하는 방법에 대한 일반 원리를 나타냅니다.