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余家國/張留洋/屈銀虎Small：鎳裝飾的C@SiO2空心球核殼結構作為鋰電負極

SiO₂具有理論容量高、儲量豐富、環境友好等優點，被認為是一種很有前途的鋰離子電池負極材料。然而，放電/充電過程中的大體積變化和本質上較差的導電性嚴重阻礙了其應用。

在此，中國地質大學（武漢）余家國教授、武漢理工大學張留洋副研究員及西安工程大學屈銀虎教授等人通過模板接合合成方法和熱還原制備了由空心碳球和用鎳納米粒子修飾的SiO₂納米片構成的核殼結構(Ni-SiO₂ /C HS)作為鋰離子電池負極材料。

其中，中空碳球作為介孔核，不僅顯著促進了電子轉移，而且增強了負極材料的機械強度，分別對應提高了材料的倍率性能和循環耐久性。同時，超薄 SiO₂納米片作為分層殼，為容量增加提供了豐富的電化學活性表面。此外，鎳納米顆粒提高了SiO₂納米片中電子的傳輸能力。

圖1. Ni-SiO₂ /C HS的合成示意圖及表征

因此，這種獨特的Ni-SiO₂/C HS結構保證了增強的放電容量（0.1 A g^-1時為712 mAh g^-1）、優異的倍率性能（2.0A g^-1時約為262 mAh g^-1）和延長的循環耐久性（1.0 A g^-1時500次循環后容量為352 mAh g^-1）。

此外，作者采用非原位XPS技術來研究Ni-SiO₂ /C HS電極的鋰存儲行為。這種利用地球上儲量豐富的負極材料進行分層和納米結構的構建，在下一代高能量、低成本的存儲系統中具有巨大的潛力。

圖2. Ni-SiO₂/C HS負極的電化學性能

Core-Shell Structured C@SiO₂ Hollow Spheres Decorated with Nickel Nanoparticles as Anode Materials for Lithium-Ion Batteries, Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202103673

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