机械应变对石墨烯中锂阶序化现象的影响
材料科学
2022-01-06 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
锂嵌入石墨是锂离子电池的基础，石墨电极锂化的热力学已被大量研究。块体石墨中嵌入的锂会发生称为阶序化（staging）的结构有序化，以最小化晶格内的静电排斥。尽管该过程在块体石墨中已被充分理解，在纳米尺度下约束效应变得重要，可显著影响纳米结构电极的电化学。因此，石墨烯提供了一个模型平台，通过结合片上器件制备、电化学嵌入与原位表征来研究纳米尺度下的嵌入动力学。我们表明，微尺度机械应变显著影响石墨烯中有序锂相的形成。在锂嵌入过程中边缘受机械约束的石墨烯微片的原位拉曼光谱显示，诱导锂阶序化的电化学势出现了依赖于厚度的、高达 1.26 V 的升高。虽然诱导的机械应变能随石墨烯厚度四次方增加，但其量级相较于观测到的电化学能增加而言较小。我们假设机械应变能提高了锂阶序化的成核势垒，极大延迟了有序锂相的形成。我们的结果表明电极组装可关键地影响对电池倍率与功率生成重要的锂阶序化动力学。我们展示了二维纳米材料中的应变工程作为一种调控相变与化学反应活性的方法。
引用
@article{arxiv.2008.02463,
title = {The Effect of Mechanical Strain on Lithium Staging in Graphene},
author = {Joshua V. Pondick and Sajad Yazdani and Milad Yarali and Serrae N. Reed and David J. Hynek and Judy J. Cha},
journal= {arXiv preprint arXiv:2008.02463},
year = {2022}
}
备注
4 figures