Повышение эффективности лития

В соответствии с глобальными экологическими тенденциями ЕС активно подталкивает промышленность к переходу на «зеленую» промышленность. Все понимают, что изменение климата уже здесь и вызвано главным образом выбросами CO2, где на транспортный сектор приходится 26% всех выбросов парниковых газов, а внутри него 77% приходится на автомобильный транспорт.

Из-за этих факторов автомобильный сектор переключил свое внимание на электронные транспортные средства (EV). Однако продажи недостаточны из-за опасений потребителей, в том числе из-за того, что у них не будет достаточного запаса хода для удовлетворения своих потребностей, поскольку в настоящее время используются используемые в настоящее время материалы внутри литий-ионных батарей (LIB), которые являются источником питания электромобилей. на своем максимальном уровне.

Кроме того, растущий спрос на электромобили приводит к увеличению выбросов CO2 при производстве литий-ионных аккумуляторов. Эту проблему можно смягчить, увеличив общую емкость и срок службы батареи.

Производительность LIB в первую очередь зависит от материала анода батареи. В настоящее время графит является наиболее популярным коммерческим анодным материалом. Однако относительно низкая емкость материала ограничивает его дальнейшее развитие. Анодные материалы на основе кремния (Si) являются популярным кандидатом для производства литий-ионных аккумуляторов следующего поколения из-за их высокой плотности мощности.

Кремний является альтернативой графиту в качестве анодного материала для производства литий-ионных аккумуляторов. Его теоретическая удельная емкость составляет 4212 мАч/г, а теоретическая удельная емкость графита — 372 мАч/г.

Однако высокая начальная емкость композитов на основе нанокремния быстро снижается при циклировании, что связано с увеличением его объема до трех-пяти раз при литиировании-делитиировании кремния. Такое разбухание приводит к растрескиванию материала анода и нарушению контакта с токосъемником.

Исследователи из разных стран предложили множество способов повышения эффективности анодов на основе нанокремния.

Механизмы деградации ЛИА сложны и зависят от нескольких факторов, основным из которых является агломерация наночастиц кремния и его объемные изменения, приводящие к потере контакта между наночастицами кремния и углеродным материалом, что приводит к деградации ЛИА при циклировании.

На следующем изображении показано, как кремний неравномерно распределяется в углеродном материале и образует агломераты размером до 300 нм.

Наша команда предложила оригинальный метод синтеза кремний-углеродных нанокомпозитов методом микроволновой (МВ) эксфолиации.

Разработка технологии микроволнового синтеза кремний-углеродных нанокомпозитов и технологического оборудования для ее реализации

Путем выбора прекурсора, рабочих параметров СВЧ-излучения, состава и давления аргон-моносилановой газовой смеси удалось синтезировать кремний-углеродные композиты с:

Вывод о преимуществах

Преимуществами МВ-метода синтеза кремний-углеродных композитов (n-Si@MLG) являются:

2. Возможность получения композитов, содержащих n-Si в широком диапазоне концентраций (5-80%). Это позволяет синтезировать анодные материалы для ЛИА с заданными характеристиками; и3. МВ-синтез кремний-углеродных композитов осуществляется в одну стадию и имеет высокую скорость со 100% выходом целевого продукта.

Это позволит существенно упростить технологию получения n-Si@MLG заданного состава для производства литий-ионных аккумуляторов и повысить производительность за счет создания производственной линии.

Микроволновая эксфолиация C2F∙xR в атмосфере моносилана (SiH4) позволила получить структуры из МЛГ с равномерным распределением наночастиц кремния заданного размера в межслоевом пространстве графена.

Преимущества использования продукта Adianano в LIB

Указанные выше преимущества обеспечивают устойчивость композита к растрескиванию при изменении объема кремния при велоспорте (батуте) и, соответственно, долговременную стабильность работы ЛИА.