Рост графена на кремнии без образования карбида кремния для литий-ионного аккумулятора с высокой объёмной плотностью энергии

Кремний привлекает значительное внимание как активный материал анодов литий-ионных аккумуляторов следующего поколения благодаря своей непревзойдённой гравиметрической ёмкости. Однако значительное изменение объёма кремния в ходе циклов заряда–разряда снижает его конкурентоспособность с точки зрения объёмной плотности энергии и циклического ресурса. В настоящей работе сообщается о прямом выращивании графена на наночастицах кремния без образования карбида кремния. Слои графена, закреплённые на поверхности кремния, компенсируют расширение объёма кремния посредством скольжения соседних слоёв графена относительно друг друга. В сочетании с промышленным катодом из оксида лития-кобальта покрытие из графена без образования карбида кремния позволяет полной ячейке достигать объёмной плотности энергии 972 и 700 Вт·ч·л−1 на первом и 200-м циклах соответственно, что в 1,8 и 1,5 раза выше показателей современных промышленных литий-ионных аккумуляторов. Это наблюдение показывает, что двумерная слоистая структура графена и его интеграция с кремнием без образования карбида кремния могут служить прототипом для продвижения кремниевых анодов к коммерчески жизнеспособной технологии.