Nyt hybridmateriale forbedrer ydeevnen af ​​silicium i Li-ion-batterier

Forskere ved University of Eastern Finland har udviklet et nyt hybridmateriale af mesoporøse siliciummikropartikler og kulstofnanorør, der kan forbedre ydeevnen af ​​silicium i Li-ion-batterier. Fremskridt inden for batteriteknologi er afgørende for bæredygtig udvikling og for at opnå klimaneutralitet.

Stater og virksomheder verden over søger ivrigt efter nye og bæredygtige teknologier for at opnå klimaneutralitet i alle samfundssektorer, lige fra transport og produktion af forbrugsvarer til energiproduktion. Når grøn energi er produceret, det skal opbevares, før det kan bruges i bærbare applikationer. I dette trin, batteriteknologi spiller en væsentlig rolle i at gøre forbruget af grøn energi til et levedygtigt alternativ.

I fremtiden, silicium vil gradvist erstatte kulstof som anodemateriale i Li-ion-batterier (LIB'er). Denne udvikling er drevet af det faktum, at kapaciteten af ​​silicium er ti gange højere end kapaciteten af ​​grafit, som i dag bruges som anodemateriale i LIB'er. Brug af silicium i anoden gør det muligt endda at fordoble kapaciteten af ​​den samlede battericelle. Imidlertid, silicium står over for alvorlige udfordringer inden for batteriteknologi på grund af dets ustabile materialeegenskaber. I øvrigt, der er hidtil ingen teknologi tilgængelig til at fremstille brugbare anoder udelukkende af silicium.

For at minimere den reducerende effekt af høje opladningshastigheder på kapaciteten af ​​siliciumanoder, forskere fra University of Eastern Finland har udviklet et hybridmateriale af mesoporøst silicium (PSi) mikropartikler og carbon nanorør (CNT'er). Ifølge forskerne, hybridmaterialet skal realiseres gennem kemisk konjugering af PSi og CNT'er med den rigtige polaritet for ikke at hindre diffusionen af ​​lithiumioner til silicium. Med den rigtige type konjugation, også materialets elektriske ledningsevne og mekaniske holdbarhed blev forbedret. Yderligere, PSi-mikropartiklerne, der blev brugt i hybridmaterialet, blev fremstillet af bygskalsaske for at minimere anodematerialets kulstofaftryk og for at understøtte dets bæredygtighed. Silicium blev fremstillet gennem en simpel magnesiotermisk reduktionsproces anvendt på phytolitterne, som er amorfe porøse silicastrukturer, der findes i overflod i skalleaske. Resultaterne blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter og Materialekemi og fysik .

Næste, forskerne sigter mod at producere en fuld siliciumanode med en fast elektrolyt for at løse udfordringerne relateret til sikkerheden af ​​LIB'er og til den ustabile faste elektrolytgrænseflade (SEI).

"LIB-forskningens fremskridt er meget spændende, og vi ønsker at bidrage til området med vores knowhow relateret til mesoporøse strukturer af silicium. Forhåbentlig, EU vil investere mere i grundforskningen af ​​batterier for at bane bølgen for højtydende batterier og støtte Europas konkurrenceevne på dette område. Battery 2030+ køreplanen ville være afgørende for at understøtte dette fremskridt, " siger professor Vesa-Pekka Lehto fra University of Eastern Finland.