1. 首页
  2. 硅基材料

这篇ACS Nano文章再次证明审稿是“高危副业”

本文是一篇比较复杂的文章,复杂不在于技术,而是所述内容。按正常走,大家对此文定的题目会是“无粘结剂的高稳定性微米硅电极”,然后吹捧一番,皆大欢喜。但是文章中有些地方越嚼越不对劲。先来了解一下原文的内容。

亮点:

  • 微米级硅颗粒可实现ZnO金属氧化物的包覆;
  • Si电极无需粘结剂;
  • ZnO的电化学转换反应提高了电极的首次库伦效率;
  • ZnO可作为高效缓冲层和类粘结剂材料用于提高电极的稳定性和容量。

在硅电极中,为了改善其锂化过程中的巨大体积膨胀(~400%)问题,人们普遍着眼于将其纳米化或者使用优良的聚合物粘结剂。但这两种方法也有各自缺点,在之前的推文中已经多有陈述。

此外,还有研究者通过表面涂层的应用提高Si电极性能。目前已使用各种碳基材料和金属氧化物通过增强电极的导电性和在活性材料周围提供刚性笼来提高活性材料的机械完整性和电化学性能。然而,尽管碳涂层增强了导电性并抑制了SEI的持续生长,但碳涂层不足难以阻止硅微粒聚结。对于Si微粒来说,本身不膨胀的惰性金属氧化物涂层可能仍然导致低的初始库伦效率,这妨碍了Si电极的实际应用。但相比之下,金属氧化物的表面涂层是一种可行性更高的替代方案。

韩国高等科学技术学院Seung Min Han教授提出纳米多孔ZnO-SiMP(np-ZnO / SiMP)电极的设计方法。这种方法无需聚合物粘结剂和将Si纳米化,所开发电极利用ZnO转化反应的特性,实现了优异的电化学性能。ZnO成本低,易于制备,具有化学惰性以及在循环过程中会发生合金化和转化机制。到目前为止,金属氧化物在硅材料上的应用仅限于Si纳米结构。此外,作者还展示了适用于大规模制造ZnO-SiMP的空气喷涂制造的概念验证方法。

np-ZnO / SiMP电极利用ZnO转化反应,产生导电Zn纳米颗粒的Li2O离子导电基质,可在循环期间可逆地与Li合金以形成LixZn。纳米多孔ZnO-SiMP可提高复合电极的库仑效率,还有助于容纳SiMP体积膨胀。np-ZnO / SiMP在C/20倍率下表现出3,900mAh/g的初始容量,并且即使在C/5倍率下210次循环后,容量为1500mAh/g(面容量1.7mAh/cm 2)。通过改变np-ZnO厚度还可以获得3.2mAh / cm2的高面积容量。

这篇ACS Nano文章再次证明审稿是“高危副业” 图1. a)np-ZnO / SiMP电极结构的示意图和b)涉及np-ZnO的转化反应和能够延长稳定的电化学循环的合金化反应SiMP的两步锂化机理。 c)使用简便,经济和可扩展的滴铸和旋涂方法制造np-ZnO / SiMP电极。

这篇ACS Nano文章再次证明审稿是“高危副业”图2. a)np-ZnO SiMP电极在C / 5倍率下的容量保持率和库仑效率,b)针对第1周,第10周,第60周,第160周和第210周绘制的电压曲线,c)第1次放电和循环放电后的面积容量仅SiMP电极和涂有各自np-ZnO条件的电极的面积容量。 d)在210次循环之前和之后对np-ZnO SiMP电极的阻抗谱测量。e)np-ZnO SiMP电极的倍率能力。

这篇ACS Nano文章再次证明审稿是“高危副业”图3.转化反应及合金化反应

以上是本文的优点之处,但也存在其他问题。

【疑点深究】

这篇ACS Nano文章再次证明审稿是“高危副业”图4. 有问题的篇幅

对于半电池中负极,其库伦效率计算是:充电比容量(脱锂)/放电比容量(嵌锂)。那么也就是说本文的首效并非作者声称的117%(图4),而是100%/117%=85.47%。

作者对于库伦效率超过100%的解释是ZnO转换反应所引起的“额外容量”的存在。我们查阅作者所引用的Nature Materials文章“Origin of Additional Capacities in Metal Oxide Lithium-ion Battery Electrodes”。本文讲的是非锂正极材料MFx 和MxOy实际容量超过其理论容量的解释,也就是实际容量减去理论容量所得的“额外容量”的解释,和本文章中引起库伦效率超过100%的“额外容量”是两码事。此外,作者还声称调研的大部分稿件中首效普遍低于80%,这调查真是一点不假,相当让人信服。但是,不想想Why?

作者对于首效如此解释不知为何ACS Nano的主编和本文审稿人作何感想?

再次呼吁:注重基础知识学习,否则坑人毁己!

【拓展知识】

空气喷涂:空气喷涂是一种最常使用的方法,是以压缩空气将涂料雾化进行喷涂。对于喷漆量、漆束形状、漆束直径、漆粒大小、空气压力等参数,必须根据涂料的种类与黏度加以适当调整。其优点在于:能够任意选择喷漆条件,比较容易操作,适于重视喷涂质量的工件。其缺点是:涂料利用率低,空气中容易携带水与油。

【参考文献】

Donghyuk Kim†, Minkyu Park, Sang-Min Kim, Hyung Cheoul Shim, Seungmin Hyun, Seung Min Han, Conversion Reaction of Nanoporous ZnO for Stable Electrochemical Cycling of Binderless Si Microparticle Composite Anode, ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.8b03951

本文由能源学人编辑TSAWP发布整理,非特别说明为独家版权,转请注明出处:https://nyxr-home.com/20017.html

参考文献:ACS Nano

联系我们

15521390112

邮件:nyxrtg@energist..vip

工作时间:周一至周五,9:30-18:30,节假日休息

QR code