יישומים בצפיפות אנרגיה גבוהה

ניתח את נתוני אחסון האנרגיה, העמידות והעלות של הסוללה. נכון לעכשיו, סוללת הליתיום בעלת צפיפות האנרגיה המתקדמת ביותר משתמשת בתחמוצת מתכת מעבר ליתיום LiMo2 (M=Ni, Co ו-Mn או Al) כנתוני פעילות קתודה (≈150? 200mahG-1 קיבולת פריקה אפקטיבית) 1? גרפיט (תיאורטי הקיבולת הספציפית היא 372mahG-1) כנתוני פעילות האנודה. הוספת חלק מסיליקון (בערך li15si4, 3579mahgsi? 1) הוכיחה את עצמה כאסטרטגיה יעילה להגדלת האנרגיה הספציפית עוד יותר. למשל, ים ואח’. השתמש בנתונים מרוכבים של גרפיט ואבקת סיליקון (5% משקל%) כדי להכין ולבדוק אנודות דבק פוליוויניל אימין. לאחר 350 מחזורים, לאלקטרודה היעילה ביותר יש קיבולת ספציפית של 514 mahG-1, שהיא פי 1.6 מזו של אנודות גרפיט מסחריות, אמר המחבר. עם זאת, סיום מחזור הבטיחות של אנודות סיליקון בעלות תוכן גבוה ועומס גבוה הוא מאתגר מאוד. הפגמים החמורים ביותר של סיליקון כנתוני פעילות האנודה הם: (I) אי-הפיכות גבוהה, במיוחד בשני המחזורים הראשונים, כגון תגובות לוואי עם האלקטרוליט; (II) וליתיום לאחר סגסוגת, השינוי בנפח גדול, וכתוצאה מכך החלקיקים נסדקים והאנודה מתפוררת מעצמה.

יש לציין שכל ההשפעות ההפוכות הללו לא רק יגרמו להצטברות גדולה של עכבה במהלך פעולת הסוללה, אלא גם יגרמו לדלדול הליתיום הקתודי. בנוסף, אובדן מגע של חלקיקי סיליקון ברשת הפחמן השחור/קלסר המוליך ו/או האספן יאיץ את ירידת הקיבולת. בשנים האחרונות נבדקו אלקטרוליטים חדשים ו/או משופרים, תוספים וקשרי פולימרים כדי להתגבר על הבעיות העיקריות של אנודות סיליקון. 11, 13, 15? 17 בנוסף, ההתמקדות היא בהכנת נתוני פעילות חיזור מבוססי סיליקון באיכות גבוהה. מנקודת המבט של מחקרים אלה, רק מעטים מהם נחשבים כאן. בפרט, לנתוני סיליקון ו- SiOx ולנתונים המשולבים שלהם, במיוחד ננו-חלקיקי פחמן, יש סיכויים רחבים ביישומי אחסון אנרגיה עתידיים. לדוגמה, 18-21, Breitung et al. הפיק חומר מרוכב של חלקיקי סיליקון וננו-סיבי פחמן. לאחר מאות מחזורים, הקיבולת שלו הייתה כפולה מזו של אלקטרודת חלקיקי הסיליקון המקורית. התוצאות מראות כי שימור הקיבולת של חלקיקי סיליקון מצופים פחמן משתפר לאחר הכנת גלוקוז בשיטה הידרותרמית. בהשראת מחקרים אלה, מטרת מחקר זה היא להשתמש בחלקיקי סיליקון מצופים מראש בפולימר להכנת חומרים מרוכבים של ננו-si/C עם מבנה ליבה-קליפה. נעשה שימוש במיקרוסקופ אלקטרוני, דיפרקציה של קרני רנטגן וספקטרוסקופיה של ראמאן כדי לאפיין את דגימות האבקה המוגזת ב-700 ~ 900 ℃. שיטת לחץ במקום, ספקטרומטריית מסה דיפרנציאלית אלקטרוכימית ושיטת פליטה אקוסטית שימשו כדי לנתח את הרחבת הנפח, התנהגות החדירה והתנהגות העיוות/השפלה המכנית של חלקיקים מרוכבים si/C על האלקטרודה בפועל.