Хоча його достаток та висока гравіметрична ємність роблять його придатним для високоефективних металоіонних батарей, використання кремнію як електродний матеріал обмежено. Зокрема, використання кремнієвих анодів у літій-іонних батареях стримується їх механічною нестабільністю, що виникає через неконтрольоване збільшення об'єму при літуванні, процесу з'єднання з літій-іоном та подальшого утворення нестабільного твердого електрода.
Зараз наноструктурований кремній найчастіше досліджується як вирішення цих проблем, але має кілька недоліків. До них відносяться перебої з поставками, складний та дорогий процес синтезу та загроза швидкої розрядки батареї. Однак перехід від наноструктурованого кремнію до економічних та зручних у використанні мікронних кремнієвих частинок (SiMP) лише посилює вищезгадані проблеми. Але наразі дослідники з Японського передового інституту науки (JAIST) вважають, що знайшли вирішення проблем, з якими стикаються SiMP.
Команда описала свої висновки в Journal of Materials Chemistry A. Вони повідомили про цілісний підхід до синтезу нових високостійких SiMP,
що складаються з чорного скла (оксикарбід кремнію) з щепленим кремнієм як анодний матеріал для літій-іонних батарей.
«Кремнієві наночастки можуть забезпечити збільшення ефективної площі поверхні, але у цього є свої недоліки, такі як підвищене споживання електроліту, а також низька початкова кулонівська ефективність після кількох циклів зарядки та розрядки. SiMP є найбільш підходящою, недорогою та легко доступною альтернативою, особливо у поєднанні з матеріалами, що мають виняткові структурні властивості, такі як чорне скло на основі оксикарбіду кремнію. Наш матеріал не тільки високопродуктивний, а й сприяє розширенню можливостей», - сказав професор Норіосі Мацумі.
Команда розробила матеріал типу серцевина-оболонка із серцевиною, що складається з SiMP, покритою шаром вуглецю. Потім вони прищепили чорне скло з оксикарбіду кремнію як шар оболонки. Підготовлений матеріал використовували конфігурації анодного напівелемента, щоб перевірити його здатність оборотно зберігати літій при різних вікнах потенціалу. Він продемонстрував велику здатність до дифузії літію, знижений внутрішній опір та загальне об'ємне розширення.
Чудові електрохімічні властивості цього нового матеріалу були додатково підтверджені збереженням енергоємності на 99,4% навіть після 775 циклів заряджання та розрядки. Крім того, за словами дослідників, матеріал також продемонстрував високу механічну стабільність упродовж усього процесу випробувань.
Дослідники JAIST також повідомили про успішну інтеграцію мікрочастинок кремнію з щепленими чорними стеклами як матеріал негативного електрода в повному осередку в поєднанні з комерційно доступним катодом з літію, нікелю, кобальту, оксиду алюмінію (NCA).
Джерело: pv-magazine.com
