Alloying of Alkali Metals with Tellurene

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作者
Rishabh Jain,Yifei Yuan,Yashpal Singh,Swastik Basu,Dawei Wang,Aijun Yang,Xiaohua Wang,Mingzhe Rong,Ho Jin Lee,David Frey,Rajan Khadka,Prateek Hundekar,Sang Ouk Kim,Fudong Han,Lin Wang,David Mitlin,Reza Shahbazian‐Yassar,Nikhil Koratkar
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:11 (7) 被引量:19
标识
DOI:10.1002/aenm.202003248
摘要

Abstract Graphite anodes offer low volumetric capacity in lithium‐ion batteries. By contrast, tellurene is expected to alloy with alkali metals with high volumetric capacity (≈2620 mAh cm −3 ), but to date there is no detailed study on its alloying behavior. In this work, the alloying response of a range of alkali metals (A = Li, Na, or K) with few‐layer Te is investigated. In situ transmission electron microscopy and density functional theory both indicate that Te alloys with alkali metals forming A 2 Te. However, the crystalline order of alloyed products varies significantly from single‐crystal (for Li 2 Te) to polycrystalline (for Na 2 Te and K 2 Te). Typical alloying materials lose their crystallinity when reacted with Li—the ability of Te to retain its crystallinity is therefore surprising. Simulations reveal that compared to Na or K, the migration of Li is highly “isotropic” in Te, enabling its crystallinity to be preserved. Such isotropic Li transport is made possible by Te's peculiar structure comprising chiral‐chains bound by van der Waals forces. While alloying with Na and K show poor performance, with Li, Te exhibits a stable volumetric capacity of ≈700 mAh cm −3 , which is about twice the practical capacity of commercial graphite.

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