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Nature:原位透射電鏡觀察-雙層石墨烯中Li的可逆超密相

石墨烯是锂離子可逆電池的主體材料,然而使用原位透射電子顯微鏡很難觀察到锂,因此,如何利用原位透射電子顯微鏡觀察到锂在石墨烯中的排列方式至關重要。

【成果簡介】

近日,德國烏爾姆大學Ute Kaiser與馬克思.普朗克研究所Matthias Kühne(共同通訊作者)在Nature上發表題為“Reversible superdense ordering of lithium between two graphene sheets”的文章。研究人員利用原位低壓透射電子顯微鏡研究锂插入雙層石墨烯,并使用球面和色差校正來增強對比度和分辨率到所需水平。锂原子在兩個碳片之間呈現多層密堆積順序,與該超密相相關的锂儲存容量遠遠超過LiC6形成的預測值。因此,二維層狀材料中可能存在不同的離子存儲排列。

【圖文導讀】

圖一 實驗裝置及工作原理

實驗裝置及工作原理

(a)設備示意圖

(b)TEM測試期間示意性側視圖

(c)雙層石墨烯的電阻率ρxx兩次锂化(L)/脫锂循環期間原位測量

圖二 TEM表征

TEM表征

(a-c) 锂化期間Li的傳播

(d-g) b圖的進一步補充

(h, i) b, g方塊區域的放大圖示,顯示Li晶體的邊緣

圖三 DFT計算得到的Li晶體原子模型

DFT計算得到的Li晶體原子模型

(a, b) Li以相稱超結構排列

(c,d) 完全優化的雙層Li結構

(e, f) 完全優化的三層Li結構

圖四 雙層石墨烯中Li晶體的生長

雙層石墨烯中Li晶體的生長

紅,綠,藍表示Li晶體的面内取向

文獻鍊接:Reversible superdense ordering of lithium between two graphene sheets(Nature, 2018, DOI: 10.1038/s41586-018-0754-2)

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