Новый углерод

Репортаж от 18 июля 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

Ингрид Фаделли, Tech Xplore

Полностью твердотельные батареи (ASSB) — аккумуляторные технологии с твердыми электродами и твердыми электролитами — становятся предметом все большего числа научных исследований. Прежде всего потому, что они могут значительно превосходить батареи с жидкими или полимерными электролитами как по безопасности, так и по удельной мощности.

Одной из наиболее перспективных комбинаций твердых материалов для ASSB являются сульфидные твердые электролиты и металлические аноды из лития (Li). Однако во время работы металлические литиевые аноды могут быстро потерять свою емкость и перестать функционировать должным образом из-за роста дендритов и межфазных химических реакций.

Исследователи из Института передовых технологий хранения энергии озера Тяньму, Китайской академии наук и других институтов Китая недавно создали новые литий-кремниевые аноды, которые могут помочь улучшить производительность ASSB, снизив риск их выхода из строя. Эти аноды, представленные в статье, опубликованной в журнале Nature Energy, могут подавлять рост литиевых дендритов, стабилизируя циклическую работу батареи в долгосрочной перспективе.

«ASSB с анодом из металлического лития или анодом из кремния являются многообещающими кандидатами для достижения высокой плотности энергии и повышенной безопасности, но они страдают от нежелательного роста дендритов лития или огромного объемного расширения соответственно», — написали Вэньлинь Ян, Чжэньлян Му и их коллеги в своей статье. .

«Мы синтезируем анод из сплава Li-Si, стабилизированный твердым углеродом, в котором спекание Si приводит к превращению микрометровых частиц в плотный континуум. Трехмерная ионно-электронно-проводящая сеть, состоящая из пластически деформируемых фаз, богатых литием (Li15Si4 и LiC6), который увеличивает активную площадь и снижает концентрацию напряжений в аноде, что приводит к улучшению кинетики электрода и механической стабильности».

Исследователи создали свой анод посредством простой реакции между кремниевой пленкой и литиевой фольгой, вызванной прессованием. Затем они проверили его характеристики в серии симуляций и экспериментов, интегрировав их в ячейки с одним из двух разных катодов, а также с электролитом на основе Li6PS5Cl.

«Благодаря литий-кремниевому аноду, стабилизированному твердым углеродом, полные элементы с катодами LiCoO2 или LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 и электролитом Li6PS5Cl достигают благоприятной скорости и стабильности цикла», — пишут Ян, Му и их коллеги.

«В частности, АССБ с LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2 при высокой нагрузке 5,86 мАч см-2 обеспечивает 5000 циклов при 1 Кл (5,86 мА см-2), демонстрируя потенциал использования твердоуглеродисто-стабилизированных Li-Si аноды из сплавов для практического применения САСС».