Origami Silicon Anodes: Geometric Design for Structural Elasticity and Connectivity

材料科学 微尺度化学 阳极 电极 纳米技术 脆性 纳米尺度 纳米孔 复合材料 光电子学 数学 数学教育 物理化学 化学
作者
Haimei Li,Ziyun Zhao,Mengwei Sun,Nannan Kuang,Yingxin Liu,Yong Guo,Yibo Zhang,Fanqi Chen,Qinyi Zhan,Anni Liu,Yue Zhai,Qing He,Yingjuan Yue,Yun Tian,Shichao Wu,Quan‐Hong Yang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (32): e2503745-e2503745 被引量:10
标识
DOI:10.1002/adma.202503745
摘要

Abstract Achieving stable cycling of high‐capacity battery electrodes with large volume changes remains a significant challenge, with their mechanical failure and sluggish kinetics, primarily due to inadequate structural accommodation and inefficient transport pathways. Here, a magnesiothermic crystallization approach is presented to construct origami capsule (OC) architectures, imparting flexibility and conformability to inherently brittle silicon, featuring highly interconnected 2D silicon nanosheets (2.5 nm thickness) with built‐in nanopores encapsulated within a pressure‐tolerant conformal microshell. The design leverages geometric features at both the nanoscale (within nanosheets) and microscale (capsule assembly) to impart structural elasticity and connectivity for efficient stress dissipation, enhancing mechanical integrity and rapid transport kinetics. Consequently, the OC anode exhibits low electrode swelling (14.7%) at 2945 mAh g −1 and exceptional rate capability, delivering a high capacity and ≈100% retention after 470 cycles at a large current density of 6 A g −1 . This work bridges geometric design and materials science, opening new avenues for high‐performance energy storage solutions.
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