Silicio gedimo supratimas atveria kelią didesnės talpos ličio baterijų tyrimams

Silicio vielos ličio jonų akumuliatoriuose elektrolitas nulupa silicį, o tai trukdo elektroniniams keliams ir labai sumažina šių perspektyvių įrenginių įkrovimo pajėgumą.

Naujasis dokumentas (Laipsnis kietųjų medžiagų augimas – elektrolitas pramonėje nustatė tikslus Siano de inter ocean akumuliatoriams) patvirtina, kad šis procesas atveria naujas mokslinių tyrimų galimybes, galiausiai panaudojant didžiulį silicio potencialą visiškai pakeisti didelės talpos ir ilgas. -tarnaujančios baterijos nuo mobiliųjų telefonų iki automobilių.

Jinkyoung Yoo, Los Alamos nacionalinės laboratorijos mokslininkas ir atitinkamas šio straipsnio autorius, sakė, kad remiantis šiuo nauju supratimu, siūlome sukurti dengimo metodą, kuris izoliuotų silicį nuo elektrolito, kad pagerintų silicio nanolaidų ličio jonų baterijų veikimą. Yoo yra puslaidininkių nanomedžiagų augintojas Integruotoje technologijų centre (CINT), kuris yra Los Alamos ir Sandia nacionalinių laboratorijų Energetikos departamento naudotojas.

Ant nerūdijančio plieno disko (pagal laikrodžio rodyklę nuo viršutinio kairiojo kampo) išaugintų silicio nanolaidų nuotrauka rodoma šoniniuose, viršutiniuose ir makrovaizduose. Diskas yra maždaug ketvirtadalio dydžio. Naujasis „NatureNanotech“ tyrimas atskleidė silicio naudojimo ličio jonų baterijose ribojimo procesą ir nustatė tyrimų būdus, kaip išspręsti šias problemas. Akumuliatoriaus su silicio anodu elektros talpa yra 10 kartų didesnė nei akumuliatoriaus su tipišku grafito anodu.

Šį tyrimą atliko bendradarbiai iš daugelio nacionalinių laboratorijų ir universitetų, integruodami jautrių elementų tomografiją per žemos temperatūros skenuojančią elektronų mikroskopiją (pažangų analizės algoritmą) ir atskleidė susijusią silicio struktūrą ir cheminę evoliuciją, taip pat sąveiką tarp kietieji elektrolitai 3D formatu.

Yoo pasodino silicio nanolaidelių mišką ant nerūdijančio plieno disko kaip anodo eksperimentams su baterija. CINT gamykla Los Alamose turi unikalią galimybę auginti tokio tipo silicio vielą tiesiai ant anodo.

Tiek pramonės, tiek nacionalinių laboratorijų mokslininkai mano, kad silicis yra perspektyviausia didelės talpos neigiamų elektrodų medžiaga praktiniam naujos kartos ličio jonų akumuliatorių pritaikymui. Baterijoje yra anodas, kuris įneša elektronus, ir katodas, kuris išjudina elektronus, kad generuotų srovę.

Naudojant grafito pagrindu pagamintus anodus ir ličio jonų baterijas, mobiliųjų telefonų ir elektrinių transporto priemonių nuotolis viršija 400 mylių. Kuriant naujos kartos silicio anodus, kurių talpa yra 10 kartų didesnė nei grafito anodo baterijų, trukdė talpos sumažėjimas po pakartotinio įkrovimo.

Po 100 įkrovimo / iškrovimo ciklų naudojant silicio baterijas galima valdyti tik 60% pradinės talpos, o tai nėra pakankamai gera kasdienėms technologijoms.

Iki šiol niekas nežino tikslios priežasties.

Ankstyvosiose srityse, kai silicio sferinės dalelės buvo veikiamos elektrolitu ir įkraunamos, jos išsiplėstų 300% ir pažeistų anodą. Visų tipų baterijose anodo veikiamas elektrolitu sukelia reakciją į SEI susidarymą. SEI yra labai svarbus akumuliatoriaus stabilumui, nes jis atlieka lemiamą vaidmenį elektrocheminėse reakcijose akumuliatoriuje ir kontroliuoja jo stabilumą.

Kai SEI atsiskiria nuo anodo, kaip ir silicio atveju, nutrūksta elektros kontaktas ir sumažėja akumuliatoriaus talpa.

„Anksčiau manėme, kad nanolaideliai gali išspręsti silicio plėtimosi elektrolituose problemą, nes galima ištempti vieną laidą, bet nesupratome, kas atsitiko“, – paaiškino Yoo.

Yoo teigė, kad nauji tyrimai parodė, kad elektrolitai gali prasiskverbti per silicį, sudarydami SEI kišenes ir sutrikdydami elektroninius kelius. Šis procesas atjungia izoliuotas silicio salas anode, kurios negali padidinti akumuliatoriaus talpos. Yoo sakė, kad kitas tyrimo žingsnis yra padengti silicio daleles arba nanolaidelius, kad būtų išlaikytas silicio vientisumas esant elektrolitams.