Op zichzelf staande mesoporeuze Si-film kan lithium-ionbatterijen van stroom voorzien

Si-anodes lijden aan grote volume-uitzetting en samentrekking in de cyclus, wat elektrisch contactverlies tussen het silicium en andere batterijcomponenten veroorzaakt en uiteindelijk leidt tot batterijstoring. Met behulp van de elektrochemische etsmethode ontwikkelden de onderzoekers van de Universiteit van Oost-Finland een op zichzelf staande mesoporeuze Si-filmanode voor lithium-ionbatterijen. Het idee is dat de poriën van mesoporeus silicium de volume-uitbreiding in de cyclus kunnen opvangen, wat leidt tot een stabiele batterijcyclus. Ze onderzochten dienovereenkomstig de effecten van poriekenmerken op de prestaties van elektrodes met behulp van correlatieanalyse en ontdekten hun relatie.

Uit een gedetailleerde porieanalyse en elektrochemische karakterisering bleek dat zowel omkeerbare specifieke capaciteit als initiële Coulomb-efficiëntie (ICE) een sterke negatieve correlatie hebben met de porositeit en het oppervlak, terwijl de cyclusprestaties worden bepaald door de filmdikte over de poriekenmerken. De enige positieve correlatie werd gevonden tussen de stabiliteit van de cyclus op lange termijn en de poriediameter. De beste Si-filmanode levert een ICE van 81,2% en stabiele cycli voor meer dan 450 cycli met een beperkte specifieke capaciteit van 1200 mAh g-1 in halve cellen.

De studie geeft de richting aan van het poreuze siliciummateriaal voor krachtige lithium-ionbatterijen. Wat nog belangrijker is, het biedt de onderzoekers in het onderzoek naar batterijmateriaal, met name Si-anode, een beter begrip van de factoren die betrokken zijn bij het evalueren van de elektrodeprestaties en het ontwikkelen van meer kosteneffectieve evaluatiestrategieën voor batterijonderzoek.