Кремний может стать альтернативой графитовым анодам в литий-ионных аккумуляторах

В новаторском обзоре, опубликованном в журнале Nature Energy, профессор Джефил Чо из Школы энергетики и химической инженерии UNIST представляет протокол анализа для оценки кремниевых катодных материалов, применимых для коммерческих батарей.

В исследовании подробно рассматриваются характеристики и проблемы, связанные с кремниевыми анодными материалами, которые привлекают большое внимание в качестве вторичных компонентов батарей.

Кремний стал перспективной альтернативой традиционным графитовым анодам в высокоэнергетических литий-ионных аккумуляторах благодаря своей исключительной гравиметрической емкости. Однако широкому применению силиконовых анодов в аккумуляторах препятствуют такие внутренние проблемы, как сильное объемное расширение при циклировании. Несмотря на огромный прогресс, достигнутый лабораториями в решении этих проблем, большинство используемых в промышленности Si-содержащих батарей, в которых Si-аноды состоят из субоксидов Si или композитов Si-C, могут включать лишь ограниченное количество кремния.

В комплексном анализе, проведенном исследовательской группой, рассматриваются важнейшие факторы, влияющие на практическую плотность энергии кремнийсодержащих батарей. Рассматриваются такие явления, как набухание электродов и напряжение отключения в процессе эксплуатации элементов, а также календарный срок службы, вопросы безопасности и стоимость — все эти аспекты оказывают существенное влияние на практическую конструкцию элементов.

Кроме того, в статье предложены протоколы испытаний, направленные на оценку возможности и жизнеспособности новых разработанных кремниевых анодов. Эти протоколы дают ценную информацию для обеспечения оптимальных характеристик, эффективности, долговечности и безопасности при использовании этих передовых материалов в коммерческих аккумуляторах.

Один из ключевых выводов, сделанных группой профессора Чо, заключается в том, что уменьшение размера частиц кремния до менее чем 5 нм при равномерном диспергировании их внутри проводящих углеродных частиц открывает большие перспективы для преодоления существующих ограничений. Последние достижения исследователей заключаются в осаждении сырья на частицы углеродного композита с помощью газового осаждения — технологии синтеза, позволяющей уменьшить размер частиц до 1 нм. Этот инновационный подход продемонстрировал начальную эффективность, превышающую 90%, и значительно улучшил характеристики срока службы.

Методы оценки кремниевых анодных материалов, которые в настоящее время публикуются в специализированных журналах, несколько ограничены, что затрудняет определение их коммерческой жизнеспособности, — заявил профессор Чо.

Предлагаемый протокол анализа призван восполнить этот пробел и обеспечить комплексную основу для оценки практического потенциала этих материалов в серийно выпускаемых батареях.

28.09.2023


Подписаться в Telegram



Энергия

JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа

Фотокаталитическое выделение водорода из ...

Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов

Учёные Института физики Казанского федеральног...

IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей
IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей

Исследователи из Национальной лаборатории...

Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%

Группа исследователей впервые продемонстрирова...

JRSNZ: Ветряные электростанции могут компенсировать выбросы за 2 года
JRSNZ: Ветряные электростанции могут компенсировать выбросы за 2 года

Ветряная электростанция, проработав менее двух...

EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент

Не зря авиакомпании не разрешают сда...

Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы
Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы

Согласно результатам нового исследования, пров...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов

Новости компаний, релизы

Московский вуз готовит профессионалов для защиты учебных заведений
Ведущие игроки агрорынка представят новинки на «Дне поля» в Агробиотехнопарке Казанского ГАУ
Московский Политех и ведущие российские компании запускают 79 практико-ориентированных образовательных программ
Студенты Университета МИСИС выиграли 2.8 млн рублей в хакатоне «Лидеры цифровой трансформации»
U-NOVUS 2024: технологическое развитие России немыслимо без университетов и инвестиций бизнеса в техпред