Elektrochemische Abscheidung von Silicium und Germanium aus ionischen Flüssigkeiten: Grenzflächenprozesse, Verbindungen und makroporöse Strukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Frank Endres
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 248199931

• Erstellungsjahr: 2017

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In diesem Projekt wurden folgende Schlüsselergebnisse erhalten: 1. Die Grenzfläche IL/Au(111) wird von der IL und von der Konzentration von SiCl 4 beeinflusst. 2. Auf Si(111):H zeigen ILs eine weniger ausgeprägte Schichtbildung als auf Au(111). [EMIm]TFSA scheint sich auf Si zu zersetzen, während [Py 1,4]TFSA stabil ist. Lithiumsalze stören die Schichtbildung massiv. 3. Die Bandlücke von p-dotiertem Si(111):H wird von der IL beeinflusst. Die Messungen und deren Auswertung sind sehr kompliziert, weil sogar Submonolagen an IL die STM-Spitze benetzen können. 4. Auf Gallium modifiziertem Kupfer können kristallines Germanium und kristallines SixGe1-x abgeschieden werden. Im Raman-Spektrum zeigen sich in letzterem Falle Si-Si-, Ge-Ge- und Si-Ge-Bindungen, die Deposite sind daher heterogen. 5. Elektrochemisch abgeschiedenes amorphes Silizium ist für die Zyklisierung mit Lithium kaum geeignet. Sowohl makroporöses Si als auch Si-Nanodrähte werden nach wenigen Zyklen vollständig zerstört, während Germanium unter den gleichen Bedingungen stabil bleibt. 6. Stromlos mit Antimon modifiziertes amorphes Silizium zeigt gegenüber amorphem Silizium eine wesentlich höhere Beständigkeit bei der Zyklisierung mit Lithium, wobei Kapazitäten von 2000 – 1000 mAh/g gemessen werden. 7. Bei einer Temperatur von 160 °C können aus SiBr4 kristallines Silizium und kristallines Li12Si7 aus einer IL, die ein Li-Salz enthält, abgeschieden werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• “Electrodeposited silicon from ionic liquids” in “Silicon Nanomaterials Sourcebook”, ed. by Klaus D. Sattler, CRC Press, ISBN/EAN 9781498763875, p. 309-325
  F. Endres
  
• “A simple and fast technique to grow free-standing germanium nanotubes and core-shell structures from room temperature ionic liquids”, Electrochimica Acta 121 (2014) 154-158
  A. Lahiri, A. Willert, S.Z. El Abedin, F. Endres
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.12.084)
• “Synthesis of Silicon and Germanium nanowire assemblies by template-assisted electrodeposition from an ionic liquid”, Australian Journal of Chemistry 67 (2014) 875-880
  A. Willert, S.Z. El Abedin, F. Endres
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1071/CH13549)
• “Electrodeposition of crystalline gallium-doped germanium and SixGe1-x from an ionic liquid at room temperature”, ChemElectroChem 2 (2015) 571-577
  A. Lahiri, M. Olschewski, T. Carstens, S.Z. El Abedin, F. Endres
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1002/celc.201402374)
• “Electrodeposition of Ge, Sn and GexSn1-x from two different room temperature ionic liquids”, Journal of Solid State Electrochemistry 19 (2015) 785-793
  A. Lahiri, G. Pulletikurthi, S.Z. El Abedin, F. Endres
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s10008-014-2675-9)
• “Preparation of Ge nanotube arrays from an ionic liquid for lithium ion battery anodes with improved cycling stability”, Chemical Communications 51 (2015) 2064-2067
  XS. Liu, J. Hao, XX. Liu, CX. Chi, N. Li, F. Endres, Y. Zhang, Y. Li, JP. Zhao
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1039/c4cc08722d)
• “Template-free electrodeposition of SnSi nanowires from an ionic liquid”, ChemElectroChem 2 (2015) 1361-1365
  A.M. Elbasiony, M. Olschewski, S.Z. El Abedin, F. Endres
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1002/celc.201500124)
• “Characterization of the solid electrolyte interface during lithiation/delithiation of germanium in an ionic liquid”, Physical Chemistry Chemical Physics 18 (2016) 5630-5637
  A. Lahiri, N. Borisenko, A. Borodin, M. Olschewski, F. Endres
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1039/C5CP06184A)
• “Electrodeposition of three dimensionally ordered macroporous germanium from two different ionic liquids”, Journal of Nanoscience and Nanotechnology 16 (2016) 777-782
  J. Hao, JP. Zhao, YW. Zhang, XK. An, X. Liu, Y. Li, F. Endres
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1166/jnn.2016.10670)
• “Hydrofluoric acid-free electroless deposition of metals on silicon in ionic liquids and its enhanced performance in lithium storage”, ACS Applied Materials & Interfaces 9 (2017) 11350-11355
  A. Lahiri, T. Lu, N. Behrens, N. Borisenko, G. Li, F. Endres
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acsami.7b01404)
• “Ionic Liquid electrodeposition of strain-released germanium nanowires as stable anodes for lithium ion batteries”, Nanoscale 9 (2017) 8481-8488
  J. Hao, Y. Yang, JP. Zhao, XS. Liu, F. Endres, CX. Chi, BS. Wang, XX. Liu, Y. Li
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1039/c7nr00264e)
• “Nanostructure of the H-terminated p-Si(111)/ionic liquid interface and the effect of added lithium salt”, Physical Chemistry Chemical Physics 19 (2017) 54-58
  V. Hoffmann, A. Lahiri, N. Borisenko, T. Carstens, G. Pulletikurthi, A. Borodin, R. Atkin, F. Endres
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1039/c6cp06306c)