硅阳极电池

硅阳极电池

理论上,硅阳极可以储存比石墨阳极多十倍的锂离子,石墨阳极已在商用锂电池中使用多年。然而,到目前为止,硅阳极的安培小时容量已经随着每一个附加的电荷放电周期急剧下降。现在柏林HZB的BER II和Grenoble的Laue Langevin研究所的HZB小组已经利用中子实验来确定在充电过程中硅阳极表面发生了什么,以及是什么过程降低了这种能力。

HZB物理学家Sebastian Risse博士解释说:“通过中子实验和其他测量,我们能够观察到在充电过程中硅表面如何形成阻碍锂离子渗透的抑制或“阻塞”层。”这30-60纳米层由电解质液体中的有机分子和无机成分组成。充电时,该层又部分溶解,锂离子可以穿透硅阳极。然而,需要能量来溶解该层,然后该层将不再可用于存储。物理学家在实验中使用的电解质液体与商用锂电池中使用的相同。

观察到几个周期

在对HZB的BER II中子源进行了初步研究之后,格勒诺布尔劳埃-朗格文研究所(ILL)的实验提供了对这一过程的精确认识。冷中子在非常高的通量下,在反应堆中是可用的。我们能够用它们在几个充电周期内无损地观察硅阳极,”Risse解释说。使用HZB开发的测量单元,物理学家能够在充放电循环期间(在Operando中)检查带有中子的硅阳极,还可以使用阻抗谱记录许多其他测量值,例如电阻。

效率94%

一旦该抑制层溶解,电荷放电循环的效率增加到94%(94%的储存电荷可再次输送)。该值高于铅酸电池(90%),但略低于采用更先进锂离子技术的电池,锂离子技术可提供高达99.9%的电量。

Outlook:阻止阻止层

Risse说:“我们现在想研究是否有可能通过施加一层很薄的金属氧化物保护层来防止这种抑制或“阻塞”层的形成,从而使硅阳极的容量在许多充放电循环过程中减少较少。”

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