高性能组合:硅和硫电池

高性能组合:硅和硫电池

更长的寿命,更大的范围和更快的充电发展,如电动移动性或小型化的电子产品,对充电电池提出了新的要求。由于其巨大的存储容量,与商用锂离子电池材料相比,硅具有决定性的优势。

图片说明:新一代可充电电池:模具研究小组开发出硅晶片薄阳极,可以储存大量能量。

基尔大学材料科学研究所的一个研究小组与湿化学制造商Rena Technologies GmbH合作开发了高性能硅阳极。加上硫阴极,它们可以达到两到三倍的能量密度,充电时间缩短90%,重量减轻20%。除了电动移动性,新的电池概念还可用于移动电话、造船或太阳能和风力发电装置的固定和临时存储。研究小组介绍了基尔大学展台汉诺威展览上硅硫电池的生产和潜在使用情况(2号展厅,C07)。

由于硅电动汽车特别高的能量密度可以驱动更远的距离,手机电池可以使用更长的时间,充电更快,而且几乎不可燃。材料科学家桑德拉·汉森博士说:“但到目前为止,半导体过于敏感,无法大规模地用于可充电电池。”充电时,锂离子在阳极和阴极之间来回移动。因为硅可以吸收大量的锂离子,所以它的膨胀率为400%,并且从长远来看会断裂。

高性能组合:硅和硫电池图片说明:电池充电时,硅膨胀400%,精密材料可能会断裂。正如汉森在她的博士论文中所证明的那样,这种微型电线的形式更加灵活。

在德国联邦教育和研究部(BMBF)资助的一个项目下,汉森的一个研究团队与Rena Technologies GmbH一起致力于开发结合硫阴极的高性能硅阳极以及在工业规模上制造它们的概念。通过在微观层面上对其表面进行精确的构造,他们已经成功地生产出一种细线形式的硅。”这样一来,硅的柔韧性更高,充电时可以承受大体积的膨胀”,汉森说。但到目前为止,这种金属丝的制造成本很高。为了节省成本,不需要额外的工艺步骤,汉森和瑞娜技术公司开发了高多孔硅阳极。它们有类似的效果,目前在第一个全细胞中进行测试。

这些硅阳极可根据个人要求定制开发。另一种具有很高储存潜力的材料与硫阴极形成对应物。这就是如何充分利用硅的存储潜力。但传统锂离子电池的NMC阴极也与已开发的硅阳极兼容。

由于与工业界的合作,研究成果直接流入新型蚀刻系统的开发中。汉森说:“目前,我们正在寻找更多的工业和科学合作伙伴,开发适合个人应用的电池。”“我们对硫空气、锂硫、锂空气和锂离子技术的电解质系统的专业知识和基础设施特别感兴趣。”作为基尔大学工程学院目前正在建设的电池实验室的未来领导者,她希望能在o生产原型,根据公司的特定要求进行调整。

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