Исследователи провели оценку потенциала кремниевых анодных материалов для коммерческих аккумуляторов

Недавно был опубликован обзор, посвящённый исследованию потенциала кремниевых катодных материалов, которые можно использовать при производстве коммерческих аккумуляторов. Автором работы является профессор Джаефил Чо из Школы энергетики и химической инженерии UNIST. В этом исследовании проводится углублённое изучение характеристик и проблем, связанных с кремниевыми анодными материалами. В настоящее время этим материалам уделяется существенное внимание в качестве компонентов вторичных аккумуляторов.

Но кремний имеет внутренние проблемы, среди которых существенное расширение объёма во время циклов заряда и разряда. Это препятствует внедрению кремниевых анодов для производства аккумуляторов. К настоящему моменту ряд лабораторий добился существенного прогресса в решении данной проблемы. Теперь подавляющее большинство кремнийсодержащих аккумуляторов содержат ограниченное количество кремния. Кремниевые аноды состоят из субоксидов кремния или композитов Si-C.

Анализ, проведённый исследовательской группой, демонстрирует важнейшие факторы, которые влияют на практическую энергетическую плотность кремнийсодержащих аккумуляторов. В нём проводится исследование набухания электродов и напряжение отключения во время работы аккумуляторного элемента. В работе учтены проблемы безопасности, срок эксплуатации и финансовая составляющая. Всё это важные аспекты, которые серьёзным образом влияют на практическую конструкцию аккумуляторного элемента.

В опубликованном документе исследователи также предлагают протоколы испытаний, которые направлены на оценку жизнеспособности разработанных кремниевых анодов. Данные протоколы предоставляют ценную информацию по обеспечению эффективности, оптимальной производительности и долговечности при использовании кремниевых материалов в коммерческих аккумуляторах.

Основной вывод, который был сделан группой профессора Чо, заключается в том, что уменьшение размера кремниевых частиц менее 5 нм при одновременном равномерном диспергировании в них проводящего углерода открывает возможности для преодоления существующих ограничений. Учёные сообщили о нанесении сырья на частицы углеродного композита посредством осаждения газа. Эта технология позволяет уменьшить размер частиц менее 1 нм. С помощью такого инновационного подхода исследователем удалось и добиться первоначальной эффективности более 90% при увеличении срока эксплуатации.

Профессор Чо заявил, что методы оценки кремниевых анодных материалов, о которых сейчас сообщается в специализированной литературе, несколько ограничены. По его мнению, это затрудняет оценку их коммерческой жизнеспособности. Предлагаемый им протокол анализа был разработан для устранения этого пробела. Он обеспечит комплексную основу для оценки практического потенциала кремниевых материалов при использовании в коммерческих аккумуляторах.

Обзорный доклад был подготовлен по приглашению авторитетного журнала Nature Energy. Чо написал его в соавторстве с профессором Джэкён Сунгом (Jaekyung Sung) из Национального университета Кёнсан. Публикация была выпущена 28 августа и знаменует существенный вклад в развитие аккумуляторных технологий. Исследователи считают, что их работа приближает научное сообщество к созданию коммерческих жизнеспособных и эффективных анодов на базе кремния.