Neues Carbon

Feature vom 18. Juli 2023

Dieser Artikel wurde gemäß dem Redaktionsprozess und den Richtlinien von Science X überprüft. Die Redakteure haben die folgenden Attribute hervorgehoben und gleichzeitig die Glaubwürdigkeit des Inhalts sichergestellt:

faktengeprüft

peer-reviewte Veröffentlichung

vertrauenswürdige Quelle

Korrekturlesen

von Ingrid Fadelli, Tech Xplore

All-Solid-State-Batterien (ASSBs) – Batterietechnologien mit festen Elektroden und festen Elektrolyten – sind in immer mehr Forschungsstudien in den Mittelpunkt gerückt. Dies liegt vor allem daran, dass sie Batterien mit flüssigen oder polymerbasierten Elektrolyten sowohl hinsichtlich der Sicherheit als auch der Leistungsdichte deutlich übertreffen könnten.

Eine der vielversprechendsten Feststoffkombinationen für ASSBs sind Sulfid-Festelektrolyte und Lithium (Li)-Metallanoden. Während des Betriebs können Li-Metallanoden jedoch aufgrund des Dendritenwachstums und chemischer Grenzflächenreaktionen schnell ihre Kapazität verlieren und nicht mehr richtig funktionieren.

Forscher des Tianmu Lake Institute of Advanced Energy Storage Technologies, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und anderer Institute in China haben kürzlich neue Li-Si-Anoden entwickelt, die dazu beitragen könnten, die Leistung von ASSBs zu verbessern und deren Ausfallrisiko zu verringern. Diese Anoden, die in einem in Nature Energy veröffentlichten Artikel vorgestellt wurden, können das Wachstum von Lithiumdendriten unterdrücken und so den Batteriezyklus langfristig stabilisieren.

„ASSBs mit Li-Metallanoden oder Si-Anoden sind vielversprechende Kandidaten, um eine hohe Energiedichte und verbesserte Sicherheit zu erreichen, sie leiden jedoch unter unerwünschtem Wachstum von Lithiumdendriten bzw. einer enormen Volumenausdehnung“, schreiben Wenlin Yan, Zhenliang Mu und ihre Kollegen in ihrer Arbeit .

„Wir synthetisieren eine hartkohlenstoffstabilisierte Anode aus einer Li-Si-Legierung, in der das Sintern von Si zur Umwandlung von Mikrometerpartikeln in ein dichtes Kontinuum führt. Ein ionisch-elektronisch-leitendes 3D-Netzwerk aus plastisch verformbaren Li-reichen Phasen (Li15Si4). und LiC6), das die aktive Fläche vergrößert und die Spannungskonzentration verringert, entsteht in der Anode, was zu einer verbesserten Elektrodenkinetik und mechanischen Stabilität führt.“

Die Forscher stellten ihre Anode durch eine einfache druckinduzierte Reaktion zwischen einem Si-haltigen Film und einer Li-Folie her. Anschließend testeten sie die Leistung in einer Reihe von Simulationen und Experimenten und integrierten sie in Zellen mit einer von zwei verschiedenen Kathoden sowie einem Elektrolyten auf Basis von Li6PS5Cl.

„Mit der hartkohlenstoffstabilisierten Li-Si-Anode erreichen Vollzellen mit LiCoO2- oder LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2-Kathoden und Li6PS5Cl-Elektrolyten eine günstige Geschwindigkeitsfähigkeit und Zyklenstabilität“, schrieben Yan, Mu und ihre Kollegen.

„Insbesondere der ASSB mit LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2 bei hoher Beladung von 5,86 mAh cm-2 liefert 5.000 Zyklen bei 1 C (5,86 mA cm-2), was das Potenzial der Verwendung von hartkohlenstoffstabilisiertem Li-Si demonstriert Legierungsanoden für praktische Anwendungen von ASSBs.

In ersten Tests schien die von diesem Forscherteam entwickelte kohlenstoffstabilisierte Li-Si-Anode eine sehr gute Leistung zu erbringen, da sie das Dendritenwachstum wirksam unterdrückte und die Stromdichte von ASSBs verbesserte. Im Vergleich zu anderen in der Vergangenheit eingeführten Anoden auf Feststoffbasis könnte sie zudem stabiler sein und eine bessere elektrochemische Leistung erzielen.

In Zukunft könnten diese aktuelle Studie und die damit eingeführte neue Anode die Entwicklung weiterer vielversprechender und leistungsstarker Komponenten für ASSBs inspirieren. Zusammengenommen könnten diese Forschungsbemühungen zur Kommerzialisierung von ASSBs beitragen, was wichtige Auswirkungen auf den groß angelegten Einsatz von Elektrofahrzeugen und anderen Spitzentechnologien haben könnte.

Mehr Informationen: Wenlin Yan et al., Hartkohlenstoffstabilisierte Li-Si-Anoden für leistungsstarke Festkörper-Li-Ionen-Batterien, Nature Energy (2023). DOI: 10.1038/s41560-023-01279-8

© 2023 Science X Network