韩国开发硅低成本合成技术

近日，韩国蔚山科技大学(UNIST)能源技化工部的郭常圭（音译）教授，浦项工科大学（POSTECH）化学科的朴秀进（音译）教授，以及美国太平洋西北国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory,PNNL)共同合作，成功开发了硅的低温合成技术，并借助原子单位的模拟阐明了合成原理。此次研究成果刊登于全球知名期刊《Communications Chemistry》的最新一期。

目前，锂离子电池上的阴极材料主要采用的是石墨，但是电动汽车等大容量电池的需求持续增长，迫切需要容量更大替代材料，硅因而也备受关注，这是因为硅的容量比石墨大10倍以上。

目前硅的合成方法有很多种，但最为常用的名为“利用金属还原二氧化硅”，但这一方法需要数百度以上的高温，也很难大批量生产硅。

此次研究团队采用了名为“金属卤化物催化剂”，将硅与金属发生化学反应，即便在较低的温度下也可以生成硅。通过原子模拟，解释低温合成工艺的机理。金属卤化物催化剂可以加快金属和二氧化碳的反应，降低反应能，由此轻易合成硅。

金属卤化物的熔点低，可以从二氧化硅脱去氧，起到了降低还原反应温度的作用，通过直接参与还原反应，由此加快了硅的生成速率。从原子单位的机理来看，事实上，硅在较低的反应温度下就可以生成，这将有助于硅阴极材料的大批量生产。

研究团队将低温合成法制备的硅用作电池的阴极材料，进行充电和放电试验，反复进行数百次以上，电化学性能依旧非常稳定。

通过原位透射电镜实时观察发现，低温合成的硅具有结构稳定性，尤为适用作第二代阴极材料。通过阐明金属卤化物合成法的机理，将为低温合成硅提供充足的理论依据。金属卤化物不仅可以促进金属熔化，而且对硅的构造也有极大的作用，今后还有望应用于其他金属氧化物的还原反应。

另外，此次研究得到了UNIST未来先导型项目和超级计算机，以及LG化学公司的大力支持。