北理白莹/吴川/李雨AM：具有前所未有的储钠能力的多级梯度有序硅负极

虽然采用晶体硅阳极的钠离子电池具有很高的理论容量，但由于硅储存钠的效果不佳（容量小于40 mAh g^-1），因此性能较差。

图1. 原子排列对硅阳极的影响

北京理工大学白莹、吴川、李雨等采用了原子有序结构设计策略，通过简单的电化学重构获得了独特的多级梯度有序硅（MGO-Si）。研究显示，原位形成的短程、中程和长程有序结构构建了稳定的MGO-Si，有利于Na-Si相互作用和快速离子扩散通道。

这些特性带来了高可逆容量（50 mA g^-1时为352.7 mAh g^-1）和稳定的循环性能（4000次循环后容量保持率为95.2%），在纯硅电极中创下了记录，有望成为钠离子电池中阳极的创新替代品。

图2. MGO-Si和晶体硅的电化学储钠性能对比

此外，由于钠储存涉及吸附-嵌入机制，梯度有序结构的逐步构建策略进一步提高了比容量（100 mA g^–1时为339.5 mAh g^–1）。重建的Si/C复合材料显示出449.5 mAh g⁻¹的高可逆容量，显著优于大多数碳质阳极。

这一设计原则的普遍性在其他惰性或低容量材料（微硅、SiO₂、SiC、石墨和TiO₂）中得到了证明，分别提高了原始材料容量的1.5–6倍，从而为更好地进行电池设计提供了新的解决方案，以促进钠存储能力。

图3. MGO-Si电极反应机理的研究

Multilevel Gradient-Ordered Silicon Anode with Unprecedented Sodium Storage. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202310270

原创文章，作者：wdl，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2024/01/04/18ee38c890/

​北理白莹/吴川/李雨AM：具有前所未有的储钠能力的多级梯度有序硅负极