从垃圾到宝藏:硅废料在锂离子电池中找到新用途

锂离子电池(LIB)广泛用于各种移动电子产品中。全球变暖和气候变化的担忧最近推动了电动汽车和太阳能的发展,而电动车的发展推动了锂离子电池的需求。硅作为一种活性材料,其理论容量高达3578 mAh / g,这比石墨(372 mAh / g)的理论容量高约十倍。

现在,大阪大学的一组研究人员已经使用由超薄石墨片(GSs)包裹的片状Si纳米粉来制造具有高磁道容量和电流密度的LIB电极。

一般作为工业废弃物处理,全球每年以10万吨的速度从硅锭中产生硅屑,硅锭通过1000~1800℃的工艺生产。水基冷却剂和固定式磨粒线锯正在为使用硅屑作为低成本,高容量的阳极活性材料铺平道路。

纳米碳材料已应用于Si电极,以提高导电性和可循环性。许多以相对较高的成本处理Si电极大体积变化的策略已经被证明。然而,Si电极并未结合对高电极性能的所有要求,即降低成本,材料和工艺的环境友好性以及循环经济性。

在这项研究中,使用了由硅屑和膨胀石墨制成的硅/石墨片状复合材料作为活性材料,从而降低了成本和降低了热预算(图1)。硅纳米粉分散并包裹在由膨胀石墨制成的GS之间(图2))。GS桥跨裂纹形成,可抑制Si的开裂和剥落。聚集的GS包裹着Si/GS复合材料,并充当稳定的框架,可确保电解质路径和硅体积变化的缓冲空间。

从垃圾到宝藏:硅废料在锂离子电池中找到新用途
从垃圾到宝藏:硅废料在锂离子电池中找到新用途

Si / GS复合结构和脱锂限制提高了1200 mAh / g时高达901个循环的循环能力。Si / GS电极的平面脱锂容量和电流密度分别线性增加至4 mAh / cm 2和5 mA / cm 2,质量负载超过75个循环(图3)。

从垃圾到宝藏:硅废料在锂离子电池中找到新用途

具有高容量和高电流密度的Si阳极电池具有用于电动汽车的潜力。这种潜力,再加上作为工业废弃物的硅屑的产生量越来越大,将使该研究工作为减少温室气体排放和实现可持续发展目标做出贡献。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

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