在《华尔街日报》最近发表的一篇文章ACS能源字母,研究人员讨论了硅的效用作为固态电池的阳极。
研究:硅作为新兴固态电池的阳极。图片来源:爱员工/ Shutterstock.com
背景
电能市场迅速扩张的便携式电子设备和电动汽车的普及,以及扩大可再生能源的重要性。强烈的研究是进行高容量材料自当前基于液体电解质锂离子电池(LIBs)很可能无法满足不断增长的能源需求和功率欧洲杯足球竞彩密度。
固态电池(下面),它有一个简单的单元设计和一个anode-free安排,被认为是一个潜在的新一代存储概念几年。纯金属锂阳极SSBs脱颖而出的特定能力最高的和最低的潜力。然而,他们下面的实际应用仍受到界面不稳定,生产的固态电解质间期(SEI),临界电流密度低,分离器穿透锂树突。
硅SSBs已经成为一种很有前途的阳极材料。硅纳米结构构建,将它们与其他合金复合材料,减少硅粉化压力下的绑定都是有用的方法来提高他们的潜力。稳定SEI,电解液添加都进行了广泛的研究。固体电解质(SEs),与典型liquid-cell拓扑相比,似乎能够减少带来的问题重要的硅的体积变化。给这一些进一步的研究是很重要的,像硅阳极可以提供一个可行的方法来实现下面的高能量密度和长循环稳定。
关于这项研究
在这项研究中,作者讨论了单边带电池能量密度高的角度,概述了当前的成功和剩余问题在下面使用的硅阳极。electro-chemo-mechanical行为和微观结构优化powder-pressed丸形细胞,三个不同的程控薄膜电池,和表类型囊细胞,每一个都有独特的硅阳极,进行了讨论。相关研究硅阳极在下面部分离子/电子电导率的测量,确定他们的界面稳定性,并分析他们chemo-mechanical稳定,是阐明。
团队发展的简要概述了硅阳极在下面在过去15年。三个不同形式的硅阳极、powder-pressed薄膜,和表类型硅阳极,被他们的杰出典型的优点和缺点,从知识的内在特征的逻辑设计阳极的实际使用情况。不同硅阳极类型被使用在许多下面,而且每一个问题和困难。
研究人员调查了许多变量的影响,如硅粉特性和电化学测试条件对硅阳极的电化学性能。分别薄SE分隔符和电极的意义是强调通过比较下面的能量密度与硅或锂阳极。目前硅阳极问题突出和潜在的未来的研究主题为细胞各种SEs被证明。
观察
最近的研究表明,基于2 d型10μm SSBs厚纯硅阳极和硫化SEs可能达到长循环生活,库仑效率高,和出色的性能。紧凑的使用硅阳极层而不是复合阳极导致一个简单的2 d SEI分层体系结构,可以减少不可逆损失和锂生成SEI退化本身体积较小。
对于实际应用而言,积极的质量载荷超过4 mAh厘米2,这等同于硅层厚度超过10μm。当硅薄膜形成的阳极厚度大于1μm,关键SE |如果界面接触损失和离子/电子传递发生在lithiation /不足delithiation过程。在重复循环,聚合物SEs可以有效降低局部应力的2 d Si /聚合物界面。相比,基于陶瓷SEs刚性界面,灵活的接口基于聚合物SEs了优越的稳定性。高能量密度可以达到下面的表类型不合格品阴极,阳极硅和薄聚合物SE分离器。然而,当代聚合物SEs表现出较低的离子电导率在环境温度和氧化稳定性差。
虽然某些锂阳极的研究在文献中记录高堆压力大于100 MPa维持界面接触,这是远离堆栈1 MPa的压力相对较低的可接受的在实际应用程序中,大部分锂阳极的屈服强度是1 MPa。相比之下,完全lithiated硅的屈服强度430 MPa。
将硅粒子纳入一个软矩阵是一个方法来减少压力。欧洲杯猜球平台大多数的硅作为阳极材料是纯的,,很少在改性硅出版工作。
结论
总之,本研究概述了当前的进步,特征和测试中使用的各种硅阳极类型单边带细胞,包括薄膜硅阳极,power-pressed复合硅阳极,表类型Si阳极。许多参数的影响,包括应用堆栈压力,硅颗粒大小,和截止电压,对硅阳极的性能,详细介绍。
作者观察到一些表征方法,包括飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS),原位x射线光电子能谱(XPS)和微分电化学质谱(民主党),被用来揭示了硫化物SEs的退化机制钴锰锂阳极和阴极。他们表示,未来的研究应该考虑如何在硅颗粒表面涂层材料不仅可以减少副反应也硅阳极体积变化。欧洲杯足球竞彩
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引用
霍,H。Janek, J。、硅作为新兴固态电池的阳极。ACS能源信件,4005 - 4016 (2022)。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c01950
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