Priprema kompozitnog materijala silicijum-ugljik za anodni materijal ionske baterije

Priprema silikonsko-ugljenog kompozitnog materijala za anodni materijal ionskih baterija

Litijum-jonske baterije (LIB) sve se više koriste u uređajima za skladištenje velikog kapaciteta kao što su električna vozila i uređaji za skladištenje energije (ESS) i mobilnim uređajima zbog svojih stabilnih životnih karakteristika i visoke efikasnosti.

Za unapređivanje gustoće energije LIB (Wh = kg) mogu se koristiti sljedeće strategije: 1) izmjena podataka elektroda 2) poboljšavanje tehnologije prevlačenja 3) poboljšanje punjenja podataka na anodi i katodi, 4) unapređenje apsorpcije litija brzina katode. Međutim, metode 2-4 uglavnom su ograničene na optimizaciju unutrašnjeg prostora i planiranje, pa se stoga aktivno provodi istraživanje sastava novih elektroda.

Trenutno je najreprezentativniji izvor katoda korišten u LIBS-u grafit. Zbog jednoosne orijentacije sloja grafen pokazuje izrazito reverzibilno ponašanje pri praznjenju naboja i zbog toga ima dug životni ciklus.

Pored toga, kada je grafit potpuno nabijen, to jest kada su litijum-ioni prisutni između slojeva, potencijal elektrode je 0V prema Li = Li +. Ovo ukazuje da grafit može pokazati potencijal sličan onome iz čistog metala. Stoga se veća energija može dobiti sastavljanjem baterije s grafitnom katodom i anodom na bazi oksida.

Međutim, ako se uzme u obzir tadašnja potražnja za baterijama velikog kapaciteta, nizak teorijski kapacitet grafita (372mAh = g, 837mAh = cm3) ključna je prepreka kontinuiranoj upotrebi grafita kao anodnog materijala. Zato je za razvoj visokih performansi litijumskih baterija visokog kapaciteta važno za razvoj anodnih materijala bez ugljika.

Među tim ugljikovodičkim materijalima, Si je najprikladniji jer ima visok kapacitet pražnjenja od 4200mAh = g i potencijal litijuma odziva 0,4 V (vsLi = Li +). Međutim, Si se susreo s ključnim problemom, odnosno, volumen se naglo mijenja tijekom procesa punjenja i pražnjenja, što rezultira slabom reverzibilnošću i osjetljivim propadanjem kapaciteta.

Predloženi su brojni pristupi za smanjenje ekspanzije volumena, poput nano-skale reakcija metalnih čestica na litij, sastava heterogenih legura koje reagiraju s litijem i aktivnih = neaktivnih metalnih kompleksa i litij-legure = sastava ugljika. 11-15)

U ovoj radionici pokušavamo da se pozabavimo problemom masovnog širenja u silicijum sastavljanjem kompozitnih podataka silikon-čađa (Si-CB). CB struktura je formirana agregiranjem primarnih čestica u različitim smjerovima kako bi se stvorila mreža različitih smjerova i prostora formiranih u CB agregatu uslijed nasumičnog rasta. 16-19)

Zbog toga će se u slučaju proširenja volumena ovi prostori koristiti kao tampon koji će sadržavati silicij