中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，Kim等研究小組成員研究出一種新型的陽(yáng)極材料—MGeO3（M=Cu，F(xiàn)e和Co）。在鋰極化的正向反向過程中，通過分析X射線吸收光譜從而觀察Ge?O鍵的可逆形成過程。正是由于過渡金屬納米粒子鍺的存在才使得反向鋰極化過程中金屬鍺再氧化反應(yīng)得以增強(qiáng)。同時(shí)，此金屬納米粒子鍺在Li2O分解以及鍺與Li2O合金化反應(yīng)過程中起到了催化劑的作用，其中此陽(yáng)極材料（GeO2/Ge/C）中的鍺粒子的催化作用主要利用了GeO2以及碳涂層的部分還原性能。與GeO2/C納米復(fù)合材料相比，GeO2/Ge/C納米復(fù)合材料用作鋰離子電池陽(yáng)極材料具有更高的電容量。
該研究小組通過采用乙炔氣體進(jìn)行還原反應(yīng)并同時(shí)進(jìn)行碳涂層操作而合成了GeO2/Ge/C復(fù)合材料。GeO2/Ge納米粒子將涂覆一層碳涂層，而且粒子團(tuán)間最大間隙為30微米。
GeO2/Ge/C，GeO2/C以及GeO2的鋰離子飽和容量具體有多少將通過在硬幣型半電池中實(shí)驗(yàn)得知。
通過實(shí)驗(yàn)，研究小組得出以下結(jié)論：
1、* GB3 ①GeO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)的可逆性與GeO2/C碳涂層以及GeO2/Ge/C中鍺有關(guān)。
2、* GB3 ②納米結(jié)構(gòu)對(duì)于可逆轉(zhuǎn)化反應(yīng)來說至關(guān)重要，因?yàn)榧{米結(jié)構(gòu)具有更大的表面積結(jié)構(gòu)，這有利于加快反應(yīng)速度。此外，納米結(jié)構(gòu)體積變化相對(duì)穩(wěn)定，因此可以保證在氧化鋰與氧化鍺的分解過程中Li2O與Ge體積相對(duì)接近。
3、* GB3 ③碳涂層對(duì)于轉(zhuǎn)化反應(yīng)的可逆性來說是一重要影響因素。由于碳具有很好的導(dǎo)電性能，GeO2/C碳涂層以及GeO2/Ge/C碳涂層相互連接的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為電子的移動(dòng)提供了有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，這對(duì)于轉(zhuǎn)化反應(yīng)起到了推動(dòng)的作用。此外，碳涂層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)于在充放電循環(huán)中體積的變化也起到了緩沖的作用。
4、* GB3 ④在Li2O的分解過程中Ge也起到了催化劑的作用。
上圖為不同材料的鋰化反應(yīng)機(jī)制的示意圖。其中GeO2在GeO2-nano，GeO2/C以及GeO2/Ge/C中可逆反應(yīng)機(jī)制如圖所示。GeO2 納米結(jié)構(gòu)是轉(zhuǎn)換反應(yīng)的必要條件，而碳涂層可提高轉(zhuǎn)換反應(yīng)的可逆性，GeO2/Ge/C中Ge元素粒子對(duì)于提高GeO2轉(zhuǎn)換反應(yīng)可逆性起到了至關(guān)重要的作用。
最后，研究小組表示納米結(jié)構(gòu)、碳涂層以及Ge元素粒子對(duì)于激活并提高轉(zhuǎn)化速率均起到了重要的作用。
