Dibandingkan dengan bahan anoda grafit tradisional (372 mAh / g), bahan anoda silikon memiliki kapasitas spesifik teoritis yang sangat tinggi (3580 mAh / g), dan merupakan pilihan pertama untuk bahan anoda baterai lithium-ion daya kepadatan tinggi di masa depan. Namun, bahan anoda silikon mengalami perubahan volume (hingga lebih dari 3 kali) selama siklus pengisian dan pengosongan, menyebabkan partikel silikon menjadi bubuk, yang menyebabkan film SEI berulang kali meregenerasi efisiensi Coulomb, dan kontak listrik menjadi lebih buruk. Polarisasi meningkat, membuat bahan anoda silikon yang sebenarnya Masa pakai siklus dan kinerja kecepatan buruk.
Laboratorium Rekayasa Baterai Lithium Daya dari Institut Teknologi dan Teknik Material Ningbo, Akademi Ilmu Pengetahuan China telah melakukan penelitian dan pengembangan bahan anoda berbasis silikon sejak 2011, dan telah membuat serangkaian kemajuan. Pada tahun 2012, bahan anoda komposit nano-silikon / graphene berpori tiga dimensi dilaporkan. Baru-baru ini, jenis baru material anoda komposit nano-Si / SiO22D (2D nano-Si / SiO2) telah dilaporkan. Pekerjaan ini menggunakan transformasi topologi dari struktur berlapis CaSi2 untuk secara kimiawi melepaskan atom Ca dalam larutan asam (Gambar 1a), menyisakan lapisan atom tunggal sililen keriput.Karena atom Si hanya memiliki hibridisasi sp3, sililena menjadi sangat tidak stabil. Oksidasi dalam larutan air menghasilkan siloksen dua dimensi yang dapat metastabil (Gambar 1b), dan siloksen dua dimensi mengalami dehidrasi dan tidak proporsional dalam kondisi perlakuan panas yang sesuai untuk mendapatkan material anoda komposit nano-silikon / silika dua dimensi (2D nano-Si / SiO2). Diantaranya, nano-silikon tersebar secara seragam dalam silikon oksida amorf (Gambar 1c). Struktur dua dimensi secara efektif dapat mengurangi jalur migrasi ion litium, dan nano-silikon serta silikon oksida secara efektif dapat mengurangi laju ekspansi volume. Oleh karena itu, 2D nano-Si / SiO2 @ C yang dibuat dengan metode ini menunjukkan stabilitas siklus dan kinerja laju yang sangat baik. Uji kinerja elektrokimia menunjukkan bahwa dalam kondisi 0,15 A / g, kapasitas pelepasan pertama lebih besar dari 950 mAh / g, dan di bawah kepadatan arus tinggi 7,5 A / g, kapasitas pelepasan mencapai 360 mAh / g, yang dibandingkan dengan silikon yang dilaporkan dalam literatur. Atau bahan silikon oksida, kinerja laju memiliki keuntungan yang signifikan (Gambar 2); pada kepadatan arus tinggi 1,5, 3,0 dan 7,5 A / g, tingkat retensi kapasitas untuk 300 siklus masing-masing adalah 73%, 73% dan 92% (Gambar 3 ). Material anoda 2D nano-Si / SiO2 @ C yang baru diharapkan dapat digunakan pada kendaraan listrik yang tahan lama (Gambar 4).
Pekerjaan penelitian diterbitkan pada Energi Nano dengan judul struktur nano suboksida silikon dua dimensi dengan nanodomain Si yang dibatasi dalam SiO2 amorf yang berasal dari siloksen sebagai anoda kinerja tinggi untuk baterai Li-ion.
Pekerjaan penelitian telah didanai oleh National Key Research and Development Project, National Natural Science Foundation of China, Key Deployment Project of the Chinese Academy of Sciences, Leading Special Project of Chinese Academy of Sciences, dan Ningbo Graphene Application Technology Research and Development Project.
Gambar 1. a) Diagram skematik proses pengelupasan siloksien, b) Diagram skematik struktur molekul siloksien, c) Diagram skematik mikrostruktur material nano anoda nano silikon / silika komposit bersalut karbon dua dimensi
Gambar 2. Perbandingan kinerja tingkat tinggi antara bahan anoda komposit nano-silikon / silika dua dimensi dari penelitian ini dan bahan anoda berbasis silikon yang dilaporkan dalam literatur
Gambar 3. Stabilitas siklus material anoda komposit nano-silikon / silika dua dimensi
Gambar 4. Diagram skema penggunaan material komposit nano-silikon / silikon dioksida dua dimensi untuk baterai bertenaga kendaraan listrik yang tahan lama
- Hotel rumah pohon di tepi laut Meksiko, fasilitasnya sangat bagus, saya ingin tinggal dengan seseorang yang saya suka seumur hidup
- Rok bunga Ratu Spanyol diraih oleh jas krem berusia 80 tahun ibu mertua, dan kedua putri itu lebih menarik.
- Ratu Inggris merayakan ulang tahunnya yang ke 93, anggota keluarga kerajaan berkumpul bersama, dan Putri Kate cantik dengan mantel lilacnya.
- Petugas sekop mengadakan pernikahan untuk anjingnya, dan dia iri pada orang lain dalam setelan jas dan gaun pengantin
- Lonceng angin wanita itu dicuri, dan dia menerima catatan mengharukan dari bocah lelaki itu keesokan harinya.