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Li⁺嵌入到純面心立方 (fcc) C₆₀結構中，而不是吸附在單個C₆₀分子上。這阻礙了Li⁺在鋰離子電池中的過量儲存，從而限制了其應用。然而，由于C₆₀粉末的電化學反應性低和結晶度差，相關的電化學過程和機制尚未得到研究。

在此，韓國蔚山國立科學技術院Dong-Hwa Seo與釜山大學Chae-Ryong Cho等人通過熱誘導蒸發和冷卻結晶過程合成了具有均勻形態和納米級顆粒的純fcc C₆₀納米顆粒（NP）。

C₆₀NP負極表現出優異的可逆容量（≈780 mAh g^-1@ 0.1 A g^-1）、長循環壽命（5 A g^-1下1000次循環后為373 mAh g^-1）和優異的倍率性能，相比之下，Li₁₂C₆₀的理論容量僅為446 mAh g^-1。

圖1. C₆₀ NPs的合成和表征

此外，C₆₀NP電極在循環過程中的結構穩定性方面表現出優于硬碳的性能，包括高比容量、長循環穩定性和高容量保持率。

通過原位XRD、高分辨率TEM和第一性原理計算研究了C₆₀NP的儲鋰機制，基于C₆₀分子之間的空位、不同位點的鋰簇以及放電/充電過程中的結構變化，晶體C60結構實現了異常高的鋰存儲，C₆₀的fcc通過正交的Li_xC₆₀轉變為四方相，并在放電過程中變回立方相。這項研究將促進用于鋰離子電池的新型富勒烯基負極材料的開發。

圖2. C₆₀NP的電化學性能

Abnormally High-Lithium Storage in Pure Crystalline C₆₀ Nanoparticles, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202104763

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韓國蔚山國立科學技術院/釜山大學AM: 純結晶C60納米顆粒的反常高鋰存儲

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