​天大/郑大ACS Energy Letters：“法拉第笼”诱导阴离子实现工业兼容微米硅负极

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​天大/郑大ACS Energy Letters：“法拉第笼”诱导阴离子实现工业兼容微米硅负极
阴离子衍生的富含无机物的固体电解质间相（SEI）为负极提供了有效保护；然而，由于游离阴离子在电场作用下发生电迁移离开负极，因此在商用电解质中几乎不会形成SEI。其中，高浓度电解质能够解决这一问题，但在经济上并不可行。
​天大/郑大ACS Energy Letters：“法拉第笼”诱导阴离子实现工业兼容微米硅负极
在此，天津大学杨全红、吴士超，郑州大学田芸等人基于法拉第笼的启发提出了一个由聚合物基体和弱解离的氟硼酸钙（Ca(BF4)2）盐组成的表面“法拉第笼”。其中，多价的Ca2+阳离子通过交联聚合物基体固定，并通过静电相互作用吸附BF4–阴离子，从而在硅负极上产生一个阴离子限制界面（Si@ACI），以克服阴离子的电迁移行为。
当溶剂化的Li+接近“法拉第笼”时，限制的BF4–阴离子参与到第一Li+溶剂化鞘中，而弱解离的盐解离以平衡内电场，并有效抵消施加的电场。因此，该策略形成了一个富含无机物的弹性SEI层以减轻电解液的持续消耗，实现了优异的电池性能。
​天大/郑大ACS Energy Letters：“法拉第笼”诱导阴离子实现工业兼容微米硅负极
图1. 作用机制及结构表征
总之，该工作提出了一种工业兼容的表面 “法拉第笼”策略，其中弱解离氟化盐 (Ca(BF4)2)中解离的Ca2+ 阳离子不仅能通过 Ca2+ —COO- 配位复合物交联聚合物基体，还能通过静电作用将 BF4– 阴离子限制在负极/电解质界面中。
因此，Si@ACI 负极在 5 A g-1 条件下显示出 923 mAh g-1 的良好倍率性能；在 0.6 A g-1 条件下循环 250 次后显示出超过 1000 mAh g-1 的优异可逆容量。因此，该工作为促进下一代电池的发展提供了新思路。
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图2. 电池性能
“Faraday Cage” Induced Anion-Confined Interface Enables Industrially Compatible Microsized Silicon Anodes, ACS Energy Letters 2024 DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01517

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