Porous Si decorated on MXene as free-standing anodes for lithium-ion batteries with enhanced diffusion properties and mechanical stability

阳极 材料科学 锂(药物) 多孔性 电极 多孔硅 复合数 纳米复合材料 化学工程 复合材料 纳米技术 光电子学 化学 工程类 内分泌学 物理化学 医学
作者
Zhihao Zhang,Hangjun Ying,Pengfei Huang,Shunlong Zhang,Zhao Zhang,Tiantian Yang,Wei‐Qiang Han
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:451: 138785-138785 被引量:84
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.138785
摘要

Silicon is an ideal anode candidate for next-generation lithium-ion batteries (LIBs) due to its high specific capacity, low working potential and abundant sources. However, its practical application is seriously hindered by its huge volume expansion, which leads to the destruction of the electrode structure and the short cycle life. Herein, we fabricated flexible self-supporting binder-free porous silicon/MXene-2:1 composite film (pSi/MXene-2:1 film) as anode for LIBs by vacuum filtration. The pSi possesses sheet-shape resulting from layered montmorillonite, which is beneficial to shorten ion transport length. Furthermore, the pSi/MXene-2:1 film possesses excellent mechanical flexibility and the voids in the structure can well accommodate the volume expansion during cycling. Benefitting from these advantages, the pSi/MXene-2:1 film anode shows steady cycling performance with 1039.3 mAh/g at 500 mA g−1 after 200 cycles and excellent rate performance with 840.3 mAh/g at 5 A/g. Furthermore, a high reversible capacity of 1201 mAh/g can be obtained at 1 A/g for pSi/MXene-2:1||LiFePO4 full cell. This work provides a strategy to fabricate high-capacity and long-cycle self-supporting silicon-based anodes for flexible LIBs.
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