Spontaneous and reversible hollowing of alloy anode nanocrystals for stable battery cycling

材料科学 阳极 法拉第效率 合金 纳米颗粒 纳米结构 纳米技术 电极 电化学 纳米晶 锂(药物) 化学工程 复合材料 冶金 化学 物理化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Matthew G. Boebinger,Olesya Yarema,Maksym Yarema,Kinga A. Unocic,Raymond R. Unocic,Vanessa Wood,Matthew T. McDowell
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:15 (6): 475-481 被引量:72
标识
DOI:10.1038/s41565-020-0690-9
摘要

High-capacity alloy anode materials for Li-ion batteries have long been held back by limited cyclability caused by the large volume changes during lithium insertion and removal. Hollow and yolk-shell nanostructures have been used to increase the cycling stability by providing an inner void space to accommodate volume changes and a mechanically and dimensionally stable outer surface. These materials, however, require complex synthesis procedures. Here, using in situ transmission electron microscopy, we show that sufficiently small antimony nanocrystals spontaneously form uniform voids on the removal of lithium, which are then reversibly filled and vacated during cycling. This behaviour is found to arise from a resilient native oxide layer that allows for an initial expansion during lithiation but mechanically prevents shrinkage as antimony forms voids during delithiation. We developed a chemomechanical model that explains these observations, and we demonstrate that this behaviour is size dependent. Thus, antimony naturally evolves to form optimal nanostructures for alloy anodes, as we show through electrochemical experiments in a half-cell configuration in which 15-nm antimony nanocrystals have a consistently higher Coulombic efficiency than larger nanoparticles. Sufficiently small antimony nanoparticles form uniform voids that are reversibly filled and vacated during cycling.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
xiaojingyang0802完成签到,获得积分10
刚刚
纳斯达克完成签到,获得积分10
刚刚
coldspringhao完成签到,获得积分10
刚刚
小福发布了新的文献求助10
刚刚
1秒前
松果完成签到,获得积分10
1秒前
bkagyin应助爱睡午觉采纳,获得10
1秒前
幸福大白发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
Leorihy19完成签到,获得积分10
2秒前
自由的信仰完成签到,获得积分10
2秒前
可靠的纸鹤完成签到,获得积分10
3秒前
hileborn完成签到,获得积分10
3秒前
捏鱼关注了科研通微信公众号
3秒前
王怡童完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
可可浆发布了新的文献求助10
4秒前
小黑完成签到,获得积分0
4秒前
Conccuc完成签到,获得积分10
4秒前
zoudegui完成签到,获得积分10
5秒前
小二郎应助Jackcaosky采纳,获得10
5秒前
cmuwinni完成签到,获得积分10
5秒前
wen关闭了wen文献求助
6秒前
safeheart完成签到,获得积分10
6秒前
自然的诗翠完成签到,获得积分10
6秒前
YYDing完成签到,获得积分20
6秒前
英俊的猫咪完成签到,获得积分10
7秒前
yu发布了新的文献求助10
7秒前
8秒前
8秒前
9秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
10秒前
深情安青应助篮球场16采纳,获得10
10秒前
一区劳大完成签到 ,获得积分10
10秒前
slim完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
11秒前
11秒前
ning完成签到,获得积分10
11秒前
qiuxin完成签到,获得积分10
12秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
网络安全 SEMI 标准 ( SEMI E187, SEMI E188 and SEMI E191.) 1000
计划经济时代的工厂管理与工人状况(1949-1966)——以郑州市国营工厂为例 500
INQUIRY-BASED PEDAGOGY TO SUPPORT STEM LEARNING AND 21ST CENTURY SKILLS: PREPARING NEW TEACHERS TO IMPLEMENT PROJECT AND PROBLEM-BASED LEARNING 500
Why America Can't Retrench (And How it Might) 400
Two New β-Class Milbemycins from Streptomyces bingchenggensis: Fermentation, Isolation, Structure Elucidation and Biological Properties 300
Modern Britain, 1750 to the Present (第2版) 300
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 纳米技术 计算机科学 内科学 化学工程 复合材料 物理化学 基因 催化作用 遗传学 冶金 电极 光电子学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4614212
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4018513
关于积分的说明 12438598
捐赠科研通 3701208
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2041128
邀请新用户注册赠送积分活动 1073870
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 957525