Этот пленочный электрод не требует углеродных добавок и связующих для соединения частиц, как типичные электроды на основе шлама, но он по-прежнему демонстрирует отличные характеристики батареи. Успех этой конструкции электродов обеспечивает эффективную стратегию создания литий-ионных аккумуляторов с высокой плотностью энергии.
Разработка литий-ионных аккумуляторов с высокими эксплуатационными характеристиками была весьма желательной из-за их широкого применения в портативной электронике, а также в электрических и гибридных транспортных средствах . Кремний является наиболее перспективным анодным материалом для литий-ионных аккумуляторов нового поколения благодаря его высокой теоретической удельной емкости и безопасному электрохимическому потенциалу. Однако кремниевый анод подвержен большому объемному расширению и сжатию во время циклирования, что вызывает потерю электрического контакта между кремнием и другими компонентами батареи , что в конечном итоге приводит к выходу батареи из строя.
Исследователи аккумуляторов со всего мира прилагают усилия для улучшения характеристик кремниевых электродов, в том числе исследователи из Университета Восточной Финляндии. Используя метод электрохимического травления, они разработали самостоятельный анод из мезопористой кремниевой пленки для литий-ионных аккумуляторов. Идея состоит в том, что поры мезопористого кремния могут компенсировать увеличение объема во время циклирования, что приводит к стабильному циклированию аккумулятора. Они систематически исследовали влияние характеристик пор на характеристики электрода с помощью корреляционного анализа и выявили их взаимосвязь.
Детальный анализ пор и электрохимическая характеристика пленок Si были выполнены для изучения их корреляции. Корреляционный анализ показал, что как обратимая удельная емкость, так и начальная кулоновская эффективность (ICE) имеют сильную отрицательную корреляцию с пористостью и площадью поверхности, в то время как эффективность циклирования определяется толщиной пленки по характеристикам пор. Единственная положительная корреляция была обнаружена между долговременной циклической стабильностью и диаметром пор. Лучший кремний-пленочный анод обеспечивает ICE 81,2% и стабильное циклирование в течение более 450 циклов с ограниченной удельной емкостью 1200 мАч·г-1 в половинных элементах.
Исследование, опубликованное в Journal of Power Sources , указывает направление пористого кремниевого материала для высокопроизводительных литий-ионных аккумуляторов. Что еще более важно, это дает исследователям аккумуляторов, особенно тем, кто изучает кремниевый анод, лучшее понимание факторов, связанных с оценкой характеристик электрода, и разработку более рентабельных стратегий оценки для исследований аккумуляторов.
Теги: батарея
