李玉良&黄长水AEM: 对Li+, Na+, K+具有良好的存储和扩散特性的多孔3D硅-金刚石

对于锂离子电池（LIB）、钠离子电池（NIB）、钾离子电池（KIB）等不同种类的碱金属离子电池，由于这些离子的直径和性质不同，同一种材料很少可同时用作这些电池的负极。为了实现多功能的相容性材料，需要预先设计其化学成分和空间构型，以拥有丰富的储存位点和有效的扩散路径。

在此，中科院化学所李玉良院士、青岛能源所黄长水研究员等人报道了一种明确定义的富含炔烃的3D材料，称为硅-金刚石 (Si-DY)，它由丁二炔单元和sp³杂化的Si原子组成。类金刚石骨架结构保证了这种材料的稳定性，而共轭炔键提供了良好的电荷传导性、大量的活性存储位点以及作为碱金属离子扩散通道的均匀空穴，这些优点赋予Si-DY作为多功能负极的巨大潜力。

图1. Si-DY的合成过程示意图

理论预测表明，多孔Si-DY特别适用于锂、钠和钾等离子的存储，理论容量分别为3674、2810和1945 mAh g^-1。因此，当用作LIBs、NIBs、KIBs甚至软包电池的负极时，Si-DY表现出优异的电化学性能，例如高可逆容量（LIB、SIB和KIB在50 mA g^-1时分别为2350、812和512 mAh g^-1）、出色的倍率性能（5000 mA g^-1时为 980 mAh g^-1）和超长循环稳定性（可稳定循环5000次）等，这都表明Si-DY在未来的电动汽车中具有巨大的应用潜力。

图2. Si-DY负极的理论计算和电化学分析

Porous 3D Silicon-Diamondyne Blooms Excellent Storage and Diffusion Properties for Li, Na, and K Ions, Advanced Energy Materials. 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101197

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李玉良&黄长水AEM: 对Li+, Na+, K+具有良好的存储和扩散特性的多孔3D硅-金刚石

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