본 연구에서는 고용량 리튬이온 배터리용 음극소재로써 Mg2Si 표면에 용매 조건을 조절하여 SiO2를 코팅한 후 마그네슘 열환원 및 에칭 공정을 통하여 다공성 실리콘을 제조하였다. 증류수/에탄올 혼합용매를 사용한 다공성 실리콘은 큰 기공을 갖는 유사한 단일 구조가 합성되었으며, 증류수 단일 용매를 사용한 다공성 실리콘은 큰 기공을 갖는 코어와 작은 기공을 갖는 쉘로 이루어진 코어-쉘 구조가 형성되었다. 다공성 실리콘의 전기화학적 성능을 개선하기 위하여 맥신 나노시트와 정전기적 결합 및 폴리도파민을 이용한 탄소 코팅을 통해 다공성 실리콘 복합소재를 합성하였다. 코어-쉘 구조의 증류수를 용매로 사용한 W-Mg(0.1)-Si(2.6)은 3614.6 mAh/g의 초기 용량과 4 C에서 1053.9 mAh/g의 용량을 보였다. 또한, 혼합용매를 사용하고 맥신 나노시트 및 도파민으로 코팅된 E-Mg(0.1)-Si(2.6)@MN(1:5), E-Mg(0.1)-Si(2.6)@PDA(1:3) 음극 복합소재는 각각 4531.6, 3915.8 mAh/g의 초기 방전 용량을 보였으며, 4 C에서 1276.5, 1193.1 mAh/g의 용량을 나타내었다.

In this study, porous silicon was prepared by coating SiO₂ on the Mg₂Si surface under controlled solvent conditions, followed by magnesiothermic reduction and etching as a high-capacity anode material for lithium-ion batteries. Porous silicon prepared using mixed solvents(ethanol/distilled water) formed a uniform porous structure with large pores. Porous silicon synthesized using distilled water exhibited a core–shell structure composed of the inner core with large pores and the shell layer with small pores. To improve the electrochemical performance, porous silicon composites were synthesized by the electrostatic assembly with MXene nanosheets and polydopamine-derived carbon coating. The W-Mg(0.1)-Si(2.6) with core-shell structure prepared using distilled water showed initial discharge capacity of 3614.6 mAh/g and high capacity of 1053.9 mAh/g at 4 C. The E-Mg(0.1)-Si(2.6)@MN(1:5) and E-Mg(0.1)-Si(2.6)@PDA(1:3) anode composites prepared by MXene nanosheets and polydopamine-derived carbon coating exhibited initial discharge capacities of 4531.6 and 3915.8 mAh/g and showed capacities of 1276.5 and 1193.1 mAh/g at 4 C.

Porous Silicon Dopamine MXene Nanosheets Anode Lithium ion battery