Раскрытие потенциала кремниевых анодных материалов для коммерческих батарей

Sep 02, 2023

31 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Джу Хён Хо, Ульсанский национальный институт науки и технологий

В обзоре, опубликованном в журнале Nature Energy, профессор Джаефил Чо из Школы энергетики и химической инженерии UNIST представляет протокол анализа для оценки кремниевых катодных материалов, применимых к коммерческим батареям. Исследование глубоко углубляется в характеристики и проблемы, связанные с кремниевыми анодными материалами, которым уделяется значительное внимание в качестве компонентов вторичных батарей.

Кремний стал многообещающей альтернативой обычным графитовым анодам в литий-ионных батареях высокой энергии благодаря своей исключительной гравиметрической емкости. Однако внутренние проблемы, такие как сильное расширение объема во время езды на велосипеде, препятствовали широкому использованию кремниевых анодов при разработке аккумуляторов. Хотя лаборатории добились огромного прогресса в решении этих проблем, большинство Si-содержащих батарей, используемых в промышленности (где кремниевые аноды состоят из субоксидов кремния или композитов Si-C), способны включать лишь ограниченное количество кремния.

Всесторонний анализ исследовательской группы изучает важнейшие факторы, влияющие на практическую плотность энергии кремнийсодержащих батарей. В нем исследуются такие явления, как набухание электродов и напряжение отключения во время работы элемента, при этом учитываются календарный срок службы, проблемы безопасности и финансовые последствия — все важные аспекты, которые существенно влияют на практическую конструкцию элемента.

Кроме того, в документе предлагаются протоколы испытаний, направленные на оценку возможности и жизнеспособности недавно разработанных кремниевых анодов. Эти протоколы дают ценную информацию об обеспечении оптимальной производительности, эффективности, долговечности и безопасности при использовании этих передовых материалов в коммерческих аккумуляторах.

Одним из ключевых выводов, сделанных командой профессора Чо, является то, что уменьшение размера частиц кремния до размера менее 5 нм при одновременном их равномерном диспергировании внутри частиц проводящего углерода открывает большие перспективы для преодоления существующих ограничений. Последние достижения, о которых сообщили исследователи, заключались в нанесении сырья на частицы углеродного композита посредством осаждения газа — технологии синтеза, способной уменьшить размер частиц ниже 1 нм. Этот инновационный подход продемонстрировал начальную эффективность, превышающую 90%, со значительно улучшенными характеристиками срока службы.

«Методы оценки кремниевых анодных материалов, о которых в настоящее время сообщается в специализированных журналах, несколько ограничены, что затрудняет определение их коммерческой жизнеспособности», — заявил профессор Чо. Предлагаемый протокол анализа призван устранить этот пробел и обеспечить комплексную основу для оценки практического потенциала этих материалов в коммерческих батареях.