Silicon‐Carbon Spatial Distribution in Coral‐Like Architectures for Stress Alleviation and Stable Lithium Storage

材料科学 阳极 锂(药物) 蚀刻(微加工) 导电体 合金 压力(语言学) 多孔性 复合材料 碳纤维 代表性基本卷 电导率 复合数 体积热力学 纳米技术 壳体(结构) 工作(物理) 共形映射 毯子 多孔硅 剪应力 电阻率和电导率 化学工程 有限元法 理论(学习稳定性) 内应力 介孔材料 多孔介质 变形(气象学)
作者
Yue Wang,Rana Zafar Abbas Manj,Lei Chen,Miaomiao Jiang,Jie Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.75882
摘要

ABSTRACT Silicon is a highly promising anode material for next‐generation lithium‐ion batteries due to its ultrahigh theoretical capacity, yet its severe volume variation and poor intrinsic conductivity hinder practical application. Here, a hierarchical macro‐mesoporous silicon‐carbon composite (e‐SiMP@C‐20) is developed via one‐step HCl etching of Al‐Si alloy followed by phenolic resin coating. The etched coral‐like silicon framework provides internal voids for volume expansion buffering, while the conformal carbon shell forms a conductive and elastic network, enhancing both electron and ion transport. As a result, e‐SiMP@C‐20 delivers a reversible capacity of 756.97 mAh g −1 after 500 cycles at 1 A g −1 , together with improved Li + diffusion. Finite element simulations confirm that a rational silicon‐carbon spatial distribution enables effective stress dispersion. This work provides a facile and scalable strategy for constructing micro‐sized porous silicon‐based anodes with high stability and fast reaction kinetics, offering insights for the commercial development of silicon‐carbon anodes in advanced lithium‐ion batteries.
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