Silikon etishmovchiligini tushunish yuqori quvvatli lityum batareyalar bo'yicha tadqiqotlar uchun yo'l ochadi

Silikon simli litiy-ionli akkumulyatorlarda elektrolit kremniyni tozalaydi, bu elektron yo'llarga to'sqinlik qiladi va ushbu istiqbolli qurilmalarning zaryadlash qobiliyatini sezilarli darajada kamaytiradi.

Yangi qog'oz (sanoatda qattiq moddaning progressiv o'sishi - elektrolitlar Siano de inter okean batareyalari oldiga maqsadlar qo'ydi) bu jarayon yangi tadqiqot yo'llarini ochib berishini tasdiqlaydi, natijada silikonning ulkan salohiyatidan foydalanib, yuqori quvvatli va uzoq muddatli batareyalarni butunlay o'zgartiradi. -mobil telefonlardan avtomashinalargacha davom etadigan batareyalar.

Los-Alamos Milliy Laboratoriyasining olimi va maqolaning tegishli muallifi Jinkyoung Yuning ta'kidlashicha, ushbu yangi tushuncha bilan biz kremniy nanosimli litiy-ionli batareyalarning ish faoliyatini yaxshilash uchun elektrolitdan kremniyni ajratib turuvchi qoplama usulini ishlab chiqishni taklif qilamiz. Yoo Los-Alamos va Sandia milliy laboratoriyalaridagi Energetika departamentining foydalanuvchi ob'ekti bo'lgan Integratsiyalashgan Texnologiyalar Markazida (CINT) yarimo'tkazgich nanomaterial ishlab chiqaruvchisi.

Zanglamaydigan po'latdan yasalgan diskda o'stirilgan silikon nanosimlarning fotosurati (yuqori chap burchakdan soat yo'nalishi bo'yicha) yon, yuqori va makro ko'rinishlarda ko'rsatiladi. Diskning o'lchami taxminan chorak. NatureNanotech kompaniyasining yangi tadqiqoti litiy-ionli batareyalarda kremniydan foydalanishni cheklash jarayonini aniqladi va bu muammolarni bartaraf etishning tadqiqot yo‘llarini aniqladi. Silikon anodli akkumulyatorning elektr quvvati odatdagi grafitli anodli batareyadan 10 baravar ko'p.

Ushbu tadqiqot bir qator milliy laboratoriyalar va universitetlarning hamkorlari tomonidan o'tkazildi, past haroratli skanerdan o'tkazuvchi elektron mikroskop (ilg'or analitik algoritm) orqali sezgir elementli tomografiyani birlashtirib, kremniyning tegishli tuzilishi va kimyoviy evolyutsiyasini, shuningdek, silikonning o'zaro ta'sirini ochib berdi. 3D formatidagi qattiq elektrolitlar.

Yoo akkumulyator tajribalari uchun anod sifatida zanglamaydigan po'latdan yasalgan diskda silikon nanosimlardan iborat o'rmon ekdi. Los-Alamosdagi CINT zavodi bu turdagi kremniy simni to'g'ridan-to'g'ri anodda o'stirishning noyob qobiliyatiga ega.

Ham sanoat, ham milliy laboratoriya tadqiqotchilari kremniy yangi avlod lityum-ion batareyalarini amaliy qo'llash uchun eng istiqbolli yuqori quvvatli salbiy elektrod materiali ekanligiga ishonishadi. Batareyada elektronlarni olib keladigan anod va oqim hosil qilish uchun elektronlarni harakatga keltiradigan katod mavjud.

Grafit asosidagi anodlar va litiy-ion batareyalar yordamida mobil telefonlar va elektr transport vositalarining diapazoni 400 mildan oshadi. Saqlash quvvati grafit anodli akkumulyatorlardan 10 barobar ko'p bo'lishi ma'lum bo'lgan kremniy anodlari yordamida keyingi avlodni ishlab chiqish, takroriy zaryadlashdan keyin quvvatning pasayishi tufayli to'sqinlik qildi.

100 ta zaryadlash/zaryad qilish tsiklidan so'ng, silikon batareyalardan foydalanish asl saqlash hajmining faqat 60% ni boshqarishi mumkin, bu kundalik texnologiya uchun etarli emas.

Hozircha hech kim aniq sababni bilmaydi.

Dastlabki ilovalarda, kremniy sharsimon zarrachalar elektrolitga ta'sir qilganda va zaryadlanganda, ular 300% ga kengayadi va anodga zarar etkazadi. Barcha turdagi batareyalarda anodni elektrolitga ta'sir qilish jarayoni SEI hosil qilish uchun reaktsiya hosil qiladi. SEI batareya barqarorligi uchun juda muhim, chunki u batareya ichidagi elektrokimyoviy reaktsiyalarda hal qiluvchi rol o'ynaydi va uning barqarorligini nazorat qiladi.

SEI anoddan ajratilganda, xuddi kremniy bilan bo'lgani kabi, elektr aloqasi buziladi va batareya quvvati kamayadi.

"Biz nanosimlar elektrolitlardagi kremniy kengayishi muammosini hal qila oladi deb o'ylardik, chunki bitta simni cho'zish mumkin edi, lekin biz nima bo'lganini tushunmadik", deb tushuntirdi Yu.

Yooning so'zlariga ko'ra, yangi tadqiqotlar elektrolitlar silikon bo'ylab kirib, SEI cho'ntaklarini hosil qilishi va elektron yo'llarni buzishi mumkinligini aniqladi. Bu jarayon batareya quvvatini oshira olmaydigan anoddagi izolyatsiyalangan kremniy orollarini uzib qo'yadi. Yooning so'zlariga ko'ra, keyingi tadqiqot bosqichi elektrolitlar mavjudligida silikonning yaxlitligini saqlab qolish uchun silikon zarralari yoki nanosimlarni qoplashdir.