Sbloccare il potenziale dei materiali anodici di silicio per le batterie commercializzate

Sep 02, 2023

31 agosto 2023

Questo articolo è stato rivisto in base al processo editoriale e alle politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo al tempo stesso la credibilità del contenuto:

verificato

pubblicazione sottoposta a revisione paritaria

fonte attendibile

correggere le bozze

di JooHyeon Heo, Istituto nazionale di scienza e tecnologia di Ulsan

In una recensione pubblicata su Nature Energy, il professor Jaephil Cho della Scuola di Ingegneria Energetica e Chimica dell'UNIST presenta un protocollo di analisi per valutare i materiali catodici di silicio applicabili alle batterie commercializzate. Lo studio approfondisce le caratteristiche e le sfide che circondano i materiali anodici di silicio, al centro di un’attenzione significativa come componenti secondari delle batterie.

Il silicio è emerso come un’alternativa promettente agli anodi di grafite convenzionali nelle batterie agli ioni di litio ad alta energia grazie alla sua eccezionale capacità gravimetrica. Tuttavia, problemi intrinseci come la forte espansione del volume durante il ciclo hanno ostacolato l’uso diffuso degli anodi di Si nello sviluppo delle batterie. Sebbene i laboratori abbiano compiuto enormi progressi nell’affrontare questi problemi, la maggior parte delle batterie contenenti Si utilizzate nell’industria, dove gli anodi di Si sono composti da subossidi di Si o compositi Si-C, sono in grado di incorporare solo quantità limitate di silicio.

L'analisi completa del gruppo di ricerca esplora i fattori cruciali che influenzano la densità energetica pratica delle batterie contenenti silicio. Esamina fenomeni come il rigonfiamento degli elettrodi e la tensione di interruzione durante il funzionamento della cella, considerando al contempo la durata del calendario, i problemi di sicurezza e le implicazioni sui costi, tutti aspetti essenziali che incidono in modo significativo sulla progettazione pratica della cella.

Inoltre, il documento propone protocolli di test volti a valutare la fattibilità e la fattibilità degli anodi di silicio di nuova concezione. Questi protocolli offrono preziose informazioni per garantire prestazioni, efficienza, durata e sicurezza ottimali quando si incorporano questi materiali avanzati in applicazioni di batterie commerciali.

Una scoperta chiave evidenziata dal team del professor Cho è che ridurre la dimensione delle particelle di silicio a meno di 5 nm, disperdendole uniformemente all'interno di particelle di carbonio conduttive, rappresenta una grande promessa per superare le limitazioni esistenti. I recenti progressi riportati dai ricercatori hanno coinvolto il deposito di materie prime su particelle di composito di carbonio attraverso la deposizione di gas, una tecnologia di sintesi in grado di ridurre le dimensioni delle particelle al di sotto di 1 nm. Questo approccio innovativo ha dimostrato efficienze iniziali superiori al 90% con caratteristiche di durata significativamente migliorate.

"I metodi di valutazione attualmente riportati nelle riviste specializzate per i materiali anodici di silicio sono alquanto limitati, il che rende difficile determinarne la fattibilità commerciale", ha affermato il professor Cho. Il protocollo di analisi proposto mira a colmare questa lacuna e fornire un quadro completo per valutare il potenziale pratico di questi materiali nelle batterie commercializzate.