Vật liệu Nano Dựa trên Silicon cho Pin Lithium-Ion: Một Tài Liệu Tổng Hợp

Advanced Energy Materials - Tập 4 Số 1 - 2014
Xin Su1, Qingliu Wu2, Juchuan Li3, Xingcheng Xiao4, Amber Lott5, Wenquan Lu2, Brian W. Sheldon1, Ji Wu5
1School of Engineering, Brown University, Providence, RI 02912, USA
2Electrochemical Energy Storage, Chemical Sciences and Engineering Division, 9700 South Cass Avenue, Building 205, Argonne, IL, 60439-4837 USA
3Materials Science & Technology Division, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN 37831, USA
4Chemical Sciences and Materials Systems Laboratory, General Motors Research and Development Center, Warren, MI 48090, USA
5Department of Chemistry, Georgia Southern University, Statesboro, GA30460 USA

Tóm tắt

Có nhiều lo ngại ngày càng tăng về tác động đến môi trường, khí hậu và sức khỏe do việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch không tái tạo. Việc sử dụng năng lượng xanh, bao gồm năng lượng mặt trời và năng lượng gió, được cho là một trong những giải pháp hứa hẹn nhất để hỗ trợ sự phát triển kinh tế bền vững hơn. Trong bối cảnh này, pin lithium-ion (LIBs) có thể đóng một vai trò cực kỳ quan trọng. Để tăng cường mật độ năng lượng và công suất của LIBs, các điện cực silicon đã được nghiên cứu sâu rộng nhờ vào khả năng lưu trữ cao, điện thế vận hành thấp, thân thiện với môi trường và độ phong phú cao. Tuy nhiên, những thách thức chính cho việc ứng dụng thực tiễn các điện cực silicon là sự thay đổi thể tích lớn trong quá trình lithiation và delithiation, cũng như các lớp màng giao diện điện phân rắn không ổn định (SEI). Gần đây, những đột phá đáng kể đã đạt được nhờ sử dụng công nghệ nano tiên tiến nhằm tăng cường tuổi thọ chu kỳ và cải thiện hiệu suất tốc độ sạc, một phần nhờ vào những tính chất cơ học xuất sắc của vật liệu nano, diện tích bề mặt lớn và tốc độ vận chuyển lithium và electron nhanh chóng. Bài báo này tóm tắt những tiến bộ gần đây trong việc ứng dụng các vật liệu nano silicon 0D (hạt nano), 1D (dây nano và ống nano), và 2D (phim mỏng) trong các pin LIBs. Các con đường tổng hợp và hiệu suất điện hóa học của các vật liệu nano Si này, cũng như các cơ chế phản ứng cơ bản sẽ được trình bày hệ thống.

Từ khóa

#pin lithium-ion #vật liệu nano silicon #năng lượng xanh #điện cực silicon #công nghệ nano #hiệu suất điện hóa học

Tài liệu tham khảo

10.1016/j.enpol.2005.08.003

10.1126/science.1072357

10.1126/science.1078938

Porter M. E., 1995, Harvard Bus. Rev., 73, 120

10.1038/451652a

10.1039/c2ee21892e

10.1039/c1ee01598b

10.1021/ar2002705

10.1016/j.rser.2007.05.003

10.1149/1.1838431

10.1002/anie.201201429

10.1016/j.materresbull.2007.08.031

10.1007/s11837-010-0131-6

10.1038/35104644

Huggins R. A., 2008, Advanced Batteries: Materials Science Aspects

10.1016/j.mser.2012.05.003

10.1016/j.jpowsour.2010.07.020

10.1016/j.nantod.2012.08.004

10.1039/b919877f

10.1038/nnano.2007.411

10.1126/science.1209816

10.1016/S0167-2738(00)00327-1

10.1002/adma.200901710

10.1038/nnano.2012.35

10.1021/jp0729563

10.1016/j.jelechem.2006.07.002

10.1016/j.matchemphys.2009.11.031

10.1021/jp207919q

10.1038/nmat1368

10.1002/anie.200702505

10.1016/j.nanoen.2012.04.001

10.1038/nmat2725

10.1021/nl100086e

10.1021/nl902058c

10.1002/anie.200601676

10.1039/c2cs35230c

10.1002/adma.200900235

10.1021/nl203817r

10.1021/am100871y

10.1002/adma.201102421

10.1039/c1jm10213c

10.1021/cm902688w

10.1002/aenm.201200158

10.1039/b919738a

10.1002/aenm.201100426

10.1021/nn901632g

10.1002/adfm.201002100

10.1088/0957-4484/24/2/025602

10.1016/j.jssc.2011.05.012

10.1126/science.1209150

10.1149/1.3212894

10.1016/j.elecom.2003.08.017

10.1038/nature05570

10.1002/anie.200804355

10.1007/s12274-013-0293-y

10.1021/nl201470j

10.1002/anie.201107885

10.1039/c1nr10550g

10.1039/b914959g

10.1039/b925696b

Li X., 2012, J. Mater. Chem., 22, 1014

10.1039/c1jm12368h

10.1351/pac200678101889

10.1002/anie.200704287

10.1021/nl3014814

10.1007/s12274-012-0268-4

Shuze Zhu J. G., 2012, J. Nanomater., 2012, 375289

10.1007/s12274-013-0293-y

10.1039/c2jm15395e

10.1038/nnano.2012.35

10.1002/adfm.201002100

10.1039/C0EE00281J

10.1007/s10853-011-5974-x

10.1039/c3nr34024d

10.1039/c0jm00215a

10.1149/1.2051847

10.1016/j.jpowsour.2010.02.013

10.1021/nn204476h

10.1016/j.jpowsour.2010.02.021

10.1016/j.jpowsour.2012.06.074

10.1007/s12206-013-0401-7

10.1063/1.4767913

10.1149/1.3298892

10.1063/1.3492617

10.1007/s10409-012-0141-4

10.1038/nmat1368

10.1149/2.054304jes

10.1039/c2cp42231j

10.1039/c2jm31286g

10.1016/j.electacta.2012.10.008

10.1002/adma.201201601

10.1021/nl202563s

10.1016/j.ssc.2008.08.034

10.1021/jp111389v

10.1016/j.jpowsour.2006.09.084

10.1002/1521-4095(20020903)14:17<1219::AID-ADMA1219>3.0.CO;2-T

10.1002/adma.200304898

10.1021/ja808483t

10.1002/anie.200352483

10.1021/nl803565q

10.1002/adma.200900269

10.1016/j.elecom.2013.01.015

10.1002/adma.200401381

10.1016/j.tsf.2005.07.348

10.1088/0957-4484/19/36/365609

10.1143/JJAP.45.L837

Zhao C., 2012, J. Mater. Chem., 22, 2193

10.1021/nn203572n

10.1007/s12274-013-0294-x

10.1038/nnano.2012.35

10.1039/c0jm03842c

10.1021/jp3072266

10.1021/nl100086e

10.1016/j.pmatsci.2010.02.001

10.1016/j.jpowsour.2006.09.084

10.1021/nl902058c

10.1016/j.electacta.2007.01.077

10.1021/nn202888d

10.1166/nnl.2010.1062

10.1103/PhysRevB.69.165410

10.1016/j.jpowsour.2010.02.021

10.1002/smll.200900382

10.1038/nnano.2007.411

10.1021/nn901409q

10.1021/nl801853x

10.1021/nl901670t

10.1126/science.271.5251.933

10.1021/nl025875l

10.1021/nl0727314

10.1063/1.1713143

10.1063/1.1777099

10.1002/zaac.19572900508

10.1016/0001-6160(57)90128-1

10.1063/1.1753975

10.1126/science.279.5348.208

10.1021/cr900141g

10.1002/adma.200803754

10.1021/nl047990x

10.1021/cm052435x

10.1063/1.2779236

10.1088/0957-4484/18/30/305606

10.1002/adma.200700288

10.1007/s10789-005-0296-5

10.1021/nl035162i

10.1063/1.2402118

10.1002/adma.200700153

10.1116/1.1430240

10.1002/1521-4095(200108)13:16<1238::AID-ADMA1238>3.0.CO;2-3

10.1016/S0009-2614(97)01378-X

10.1021/jp030663d

10.1557/JMR.1999.0611

10.1002/1521-4095(200103)13:5<317::AID-ADMA317>3.0.CO;2-L

10.1063/1.124846

10.1002/adma.200304409

10.1063/1.121945

10.1063/1.121199

10.1016/S0167-2738(00)00362-3

10.1149/1.1759365

10.1021/jp004253q

10.1002/1521-4095(200009)12:18<1343::AID-ADMA1343>3.0.CO;2-Q

10.1063/1.126341

10.1016/S0009-2614(01)00183-X

10.1063/1.1762701

10.3139/146.101332

10.1016/j.jcrysgro.2005.12.096

10.1021/nl051856a

10.1016/j.jcrysgro.2006.11.329

10.1063/1.2953702

10.1021/nl900751g

10.1016/j.tsf.2009.08.021

10.1126/science.287.5457.1471

10.1002/adma.200390101

10.1021/nl0202307

10.1021/ja8011353

10.1016/j.mee.2011.03.142

10.1016/j.jpowsour.2011.07.022

10.1002/1521-4095(20020104)14:1<80::AID-ADMA80>3.0.CO;2-#

10.1016/j.tsf.2008.08.141

10.1002/smll.200700517

10.1007/s00542-010-1035-7

10.1007/s00542-012-1662-2

10.1116/1.586661

10.1063/1.2988893

10.1088/0957-4484/19/34/345301

10.1021/nl802129f

10.1021/ar800015y

10.1063/1.1806992

10.1021/nl070275d

10.1002/adma.200306185

10.1002/anie.200462995

10.1002/1521-4095(20020816)14:16<1164::AID-ADMA1164>3.0.CO;2-E

10.1021/jp0222649

10.1007/s10008-009-1001-4

10.1016/j.jpowsour.2010.12.075

10.1039/c2jm16167b

10.1016/j.jmps.2011.06.003

10.1021/nl201684d

10.1039/c2ee21437g

10.1016/j.intermet.2006.08.014

10.1016/j.jpowsour.2012.01.037

10.1002/aenm.201100259

10.1021/nl050462g

10.1063/1.2832760

10.1149/1.2411032

10.1021/ja208232h

10.1149/1.3251341

10.1063/1.2929373

10.1063/1.3238572

10.1021/nl9017594

10.1039/c1nr10668f

10.1016/j.electacta.2008.03.009

10.1021/nl300206e

10.1149/1.1388178

10.1149/1.3111037

10.1021/ja1031997

10.1016/j.jpowsour.2009.01.021

10.1063/1.4729145

10.1021/nl202630n

10.1021/nl904132v

Holland L., 1970, Vacuum Deposition of Thin Films

10.1149/1.1596917

10.1007/s10800-008-9774-1

10.1016/j.jpowsour.2003.11.014

USCAR, 2012, Energy Storage System Goals

10.1149/1.2160429

10.1149/1.2402112

10.1016/j.jpowsour.2011.06.071

10.1016/S0378-7753(02)00707-3

10.1016/S0038-1098(02)00849-9

10.1149/2.009209jes

10.1524/zpch.2009.6086

10.1016/S0378-7753(00)00431-6

10.1016/j.electacta.2010.05.072

10.1016/j.jpowsour.2012.05.004

10.1149/1.3205485

10.1149/1.1596918

10.1016/j.scriptamat.2010.10.003

10.1149/1.3574027

Gross D., 2006, Fracture Mechanics

10.1016/j.jpowsour.2010.08.058

10.1016/j.jpowsour.2011.11.027

10.1149/2.048201jes

10.1016/j.jpowsour.2012.01.097

10.1002/adma.201102568

10.1149/1.2184753

10.1063/1.3696298

10.1016/j.jpowsour.2005.05.012

10.1016/j.jpowsour.2003.10.013

10.1016/j.jpowsour.2005.03.097

10.1016/j.jpowsour.2009.05.047

10.1016/j.electacta.2011.01.124

10.1007/s10008-009-0787-4

10.1002/adma.201101915

10.1149/1.1527937

10.1016/j.jpowsour.2005.03.051

10.1016/S0013-4686(03)00302-5

10.1016/j.ssi.2003.11.048

10.1016/j.elecom.2011.03.006

10.1149/1.1850395

10.1149/2.073212jes

10.1016/j.jpowsour.2010.11.001

10.1149/1.1739217

10.1016/S0378-7753(03)00303-3

10.1016/S1359-6454(02)00514-1

10.1149/1.1391689

10.1149/1.2128939

10.1016/0022-4596(80)90535-6

10.1179/095066081790149195

10.1016/S0378-7753(01)00761-3

10.1016/j.elecom.2010.09.008

10.1016/j.jpowsour.2012.04.105

10.1149/1.2158567

10.1149/1.2719644

10.1021/jp300787p

10.1016/j.jpowsour.2009.01.007

10.1016/j.jpowsour.2006.05.049

10.1016/S0013-4686(99)00191-7

10.1149/1.3589300

10.1016/j.jpowsour.2010.06.043

10.1039/c2cc31712e

10.1016/j.jpowsour.2007.07.058

10.1149/2.076205jes

10.1016/j.jpowsour.2009.11.142

10.1016/j.jpowsour.2007.06.149

10.1021/jp305371v

10.1021/cm301968b

10.1021/la203712s

10.1016/j.jpowsour.2011.06.071

10.1134/S1023193506070032

10.1016/j.electacta.2008.03.017

Thông tin
Thông tin xuất bản

Advanced Energy Materials

Tập 4 Số 1

Thông tin tác giả