Nya anodmaterial

Den nuvarande kommersiella Li-ion-batteriteknologin är beroende av grafit för att lagra Li-joner på batteriets negativa (anod) sida, men då grafits lagringskapacitet är begränsad undersöker vi nya material för litiumlagring, bl.a. kisel.

Den nuvarande kommersiella Li-ion-batteriteknologin är till stor del beroende av användningen av grafit som ett interkaleringsmaterial för att lagra Li-joner på batteriets negativa (anod) sida. Även om detta material har möjliggjort en storskalig och utbredd implementering av Li-ion-batterier, är dess lagringskapacitet begränsad till 372 mAh/g. För att nå högre energitätheter behövs nya material med högre kapacitet för litiumlagring.

Figur 1. Potentiell kapacitet ökar genom att öka anodens lagringskapacitet.

Litiumförvaring i kisel

Begränsningarna för energitätheten kan effektivt kringgås genom att använda kisel som anodmaterial. Om litium lagras genom legering snarare än interkalering, kan kisel lagra hela 4200 mAh/g. Problemet med detta material är istället reversibiliteten; kisel genomgår enorma volymförändringar när materialet lithieras och delithieras, vilket resulterar i spänningar inuti elektroden, partikelsprickor och bildandet av ny ytarea som leder till överdriven elektrolytnedbrytning. Vi arbetar med flera aspekter av att förverkliga implementeringen av kisel i Li-ion batterianoder. Vi studerar nedbrytningsreaktionerna på kiselpartiklarnas yta, för att förstå hur olika elektrolytsammansättningar beter sig tillsammans med kiselhaltiga anoder. Vi studerar effekterna av polymerbindemedel och ledande koltillsatser – allmänt betraktade som "inaktiva" komponenter i elektroden – på prestanda hos kiselanoder. Vi studerar effekten av olika partikelstorlekar på batteriprestanda och elektrodbearbetning. Tillsammans skaffar vi den omfattande kunskap som krävs för att tämja detta utmanande material och möjliggöra dess användning i nästa generations batterier.

Figur 2. Bild av en kompositelektrod som använder kiselmikropartiklar (grön) i en grafitmatris (röd).

Referenser

Influence of inactive electrode components on degradation phenomena in nano-Si electrodes for Li-ion batteries. https://uu.diva-portal.org/smash/record.jsf?pid=diva2:1048921
Improved Performance of the Silicon Anode for Li-Ion Batteries: Understanding the Surface Modification Mechanism of Fluoroethylene Carbonate as an Effective Electrolyte Additive. https://uu.diva-portal.org/smash/record.jsf?pid=diva2:814346
A hard X-ray photoelectron spectroscopy study on the solid electrolyte interphase of a lithium 4,5-dicyano-2-(trifluoromethyl)imidazolide based electrolyte for Si-electrodes. https://uu.diva-portal.org/smash/record.jsf?pid=diva2:849761
On the Capacity Losses Seen for Optimized Nano-Si Composite Electrodes in Li-Metal Half-Cells. https://uu.diva-portal.org/smash/record.jsf?pid=diva2:1377232

Samarbetsparter

Ta bort denna layout + textmodul om stycket inte behövs.

Kontakt

Om du har några frågor om vår forskning så är du välkommen att kontakta programansvarig professor Daniel Brandell.
Daniel Brandell