Nano silikon bazlı anot malzemeleri ile ilgili araştırmalarda ilerleme
Geleneksel grafit anot malzemeleri (372 mAh / g) ile karşılaştırıldığında, silikon anot malzemeleri çok yüksek bir teorik özgül kapasiteye (3580 mAh / g) sahiptir ve gelecekteki yüksek enerji yoğunluklu güç lityum iyon pil anot malzemeleri için ilk tercihtir. Bununla birlikte, silikon anot malzemesi, şarj ve deşarj döngüsü sırasında hacim değişikliklerine (3 kattan fazla) sahiptir, bu da silikon parçacıklarının toz haline gelmesine neden olur, bu da SEI filminin Coulomb verimliliğini defalarca yeniden oluşturmasına ve elektriksel temasın kötüleşmesine neden olur.Polarizasyon artar ve gerçek silikon anot malzemesini oluşturur Döngü ömrü ve hız performansı zayıf.
Çin Bilimler Akademisi Ningbo Malzeme Teknolojisi ve Mühendisliği Enstitüsü'nün Güç Lityum Pil Mühendisliği Laboratuvarı, 2011'den beri silikon esaslı anot malzemelerinin araştırma ve geliştirmesini gerçekleştirmiş ve bir dizi ilerleme kaydetmiştir. 2012 yılında, üç boyutlu gözenekli bir nano silikon / grafen kompozit anot malzemesi rapor edildi. Son zamanlarda, yeni bir tür iki boyutlu nano silikon / silika kompozit anot malzemesi (2D nano-Si / SiO2) bildirildi. Bu çalışma, CaSi2'nin katmanlı yapısının topolojik dönüşümünü kullanarak bir asit çözeltisinde (Şekil 1a) Ca atomlarını kimyasal olarak sıyırarak tek atomlu buruşuk bir sililen tabakası bırakır.Si atomları sadece sp3 hibridizasyonuna sahip olduğundan, sililen son derece kararsızdır. Sulu çözelti içinde oksidasyon, metastabil iki boyutlu siloksen üretir (Şekil 1b) ve iki boyutlu siloksan, iki boyutlu nano-silikon / silika kompozit anot malzemesi (2D nano-Si / SiO2) elde etmek için uygun ısıl işlem koşulları altında dehidre edilir ve orantısız hale getirilir. Bunların arasında, nano-silikon, amorf silikon oksit içinde düzgün bir şekilde dağılmıştır (Şekil 1c). İki boyutlu yapı, lityum iyonlarının göç yolunu etkili bir şekilde azaltabilir ve nano-silikon ve silikon oksit, hacim genişleme oranını etkili bir şekilde azaltabilir.Bu nedenle, bu yöntemle hazırlanan 2D nano-Si / SiO2 @ C mükemmel döngü kararlılığı ve hız performansı sergiler. Elektrokimyasal performans testi, 0.15 A / g koşulu altında, ilk boşaltma kapasitesinin 950 mAh / g'den büyük olduğunu ve 7.5 A / g yüksek akım yoğunluğu altında deşarj kapasitesinin, literatürde bildirilen silikon ile karşılaştırıldığında 360 mAh / g'ye ulaştığını göstermektedir. Veya silikon oksit malzeme, hız performansının önemli bir avantajı vardır (Şekil 2); 1.5, 3.0 ve 7.5 A / g yüksek akım yoğunluğunda, 300 döngü için kapasite tutma oranı sırasıyla% 73,% 73 ve% 92'dir (Şekil 3 ). Yeni 2D nano-Si / SiO2 @ C anot malzemesinin uzun ömürlü elektrikli araçlarda kullanılması bekleniyor (Şekil 4).
Araştırma çalışması, Li-ion piller için yüksek performanslı anot olarak siloksenden türetilmiş amorf SiO2 içinde hapsedilmiş Si nanodomanyalı İki boyutlu silikon suboksit nanoyapıları başlığıyla Nano Enerji üzerinde yayınlandı.
Araştırma çalışması, Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Projesi, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Çin Bilimler Akademisi Anahtar Dağıtım Projesi, Çin Bilimler Akademisi Önde Gelen Özel Proje ve Ningbo Grafen Uygulama Teknolojisi Araştırma ve Geliştirme Projesi tarafından finanse edildi.
Şekil 1. a) Siloksilen soyma işleminin şematik diyagramı, b) Siloksen moleküler yapısının şematik diyagramı, c) Karbon kaplı iki boyutlu nano silikon / silika kompozit nano anot malzemesinin mikroyapısının şematik diyagramı
Şekil 2. Bu araştırmanın iki boyutlu nano silikon / silika kompozit anot malzemesi ile literatürde bildirilen silikon esaslı anot malzemesi arasındaki yüksek oranlı performans karşılaştırması
Şekil 3. İki boyutlu nano silikon / silika kompozit anot malzemelerinin döngü kararlılığı
Şekil 4. Uzun ömürlü elektrikli araç güç pilleri için iki boyutlu nano-silikon / silikon dioksit kompozit malzemelerin kullanımının şematik diyagramı
