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韓國蔚山國立科學(xué)技術(shù)院/釜山大學(xué)AM: 純結(jié)晶C60納米顆粒的反常高鋰存儲

Li⁺嵌入到純面心立方 (fcc) C₆₀結(jié)構(gòu)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(yīng)用。然而，由于C₆₀粉末的電化學(xué)反應(yīng)性低和結(jié)晶度差，相關(guān)的電化學(xué)過程和機(jī)制尚未得到研究。

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

C₆₀NP負(fù)極表現(xiàn)出優(yōu)異的可逆容量（≈780 mAh g^-1@ 0.1 A g^-1）、長循環(huán)壽命（5 A g^-1下1000次循環(huán)后為373 mAh g^-1）和優(yōu)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(huán)過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出優(yōu)于硬碳的性能，包括高比容量、長循環(huán)穩(wěn)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(jī)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(jié)構(gòu)變化，晶體C60結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了異常高的鋰存儲，C₆₀的fcc通過正交的Li_xC₆₀轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较?，并在放電過程中變回立方相。這項研究將促進(jìn)用于鋰離子電池的新型富勒烯基負(fù)極材料的開發(fā)。

圖2. C₆₀NP的電化學(xué)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(xué)技術(shù)院/釜山大學(xué)AM: 純結(jié)晶C60納米顆粒的反常高鋰存儲

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