Faseverandering in grafiet door injectie van interfacelading

Grafiet, als een belangrijk materiaal voor de anode- en grafeenbereiding van Li-batterijen, kan in twee fasen bestaan: de Bernal (2H) fase en de rhombohedral (3R) fase. De 2H-fase heeft een relatief lage energie en een hoog aandeel in grafietpoeder, terwijl de 3R-fase de tegenovergestelde eigenschappen vertoont. De afname van de vlokgrafietgrootte geeft echter aanleiding tot het aandeel van de 3R-fase tot 50%.

Volgens bestaande onderzoeken naar grafietfaseverandering, wordt de overgang van de 3R-fase naar de 2H-fase meestal waargenomen bij hoge temperaturen van meer dan 1.000 ° C via Joule of laserverwarming, wat ongepast en onhaalbaar is.

Een onderzoeksteam onder leiding van Prof. ZHU Yanwu van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) heeft een volledige conversie van 3R naar 2H bereikt bij ongeveer 350 graden C door grafiet te gloeien in de aanwezigheid van α-Li3N (lithiumnitride), een veelbelovend materiaal voor katalyse en energietoepassingen.

Op basis hiervan onthulde het team het mechanisme van vermindering van de energiebarrière in aanwezigheid van α-Li3N werkt samen met onderzoekers van de National University of Defense Technology, de Northwestern Polytechnical University, het Institute of Semiconductors of CAS en de University of Manchester. De studie is gepubliceerd in Nano-letters.

Een interfaceladinginjectie van α-Li3N aan de geconjugeerde π-binding van grafiet vergrote afstand tussen de lagen. Dit zorgde ervoor dat de laag gemakkelijker wegglijdt, waardoor een lagere faseovergangstemperatuur van 3R naar 2H in grafiet mogelijk is.

Om de wegglijdende tussenlaag tijdens de faseovergang van 3R naar 2H te onderzoeken, gebruikten de onderzoekers de in-situ röntgendiffractie-analyse en de berekeningen van de dichtheidsfunctionaaltheorie. Bovendien werd Raman-mapping uitgevoerd op mechanisch geëxfolieerde grafietvlokken voor en na de introductie van α-Li3N-deeltjes, wat verder de doping bevestigt die wordt veroorzaakt door α-Li₃N.

Deze resultaten bieden een mogelijke manier om de stapelconfiguratie en andere eigenschappen van grafiet te regelen door de geconjugeerde π-binding te reguleren, waardoor het ook aantrekkelijk wordt voor toekomstige koolstofmateriaalbereiding.