Křemíkový kompozit pro vysokokapacitní Li-ION baterie

Li-ION baterie jsou v dnešní době velmi oblíbené, hlavními důvody jsou nízká hmotnost, vysoké napětí, malé samovybíjení a také nevykazují tzv. paměťový efekt. První Li-ION baterie byly komerčně dostupné v roce 1991, od té doby prošly mnoha modifikacemi. Jednou z možností, jak zvýšit jejich kapacitu je úprava materiálu anody. Z tohoto pohledu se jako nejvýhodnější jeví čistý křemík, který má teoretickou kapacitu až 4200 mAh.g-1, což je více než desetinásobná hodnota oproti grafitu (370 mAh.g-1), který se používá v komerčních akumulátorech.

Bohužel, limitujícím faktorem křemíku je jeho objemová expanze během nabíjení. Při nabíjení dochází k inkorporaci iontů Li+ do křemíku, který zvětšuje svůj objem až třikrát, tím dochází k velkému mechanickému namáhání anody a snižuje se její životnost a tím i životnost akumulátoru. Jednou z možností, jak tomuto efektu zabránit je použít místo křemíku kompozit křemíku s kovem.[2]

V citovaném článku byl připraven kompozit Si/Fe s kovovým germaniem pomocí metody CVD. Na ocelový substrát byla nejprve deponována vrstva Ge, jako výchozí látky byl použit hydrid GeH4 a na této vrstvě byla pomocí rozkladu silanu SiH4 vytvořena vrstva křemíku. Tímto způsobem byl vytvořen kompozit, který obsahuje kavity o velikosti 10-100 nm. Kapacita tohoto materiálu byla po pěti vybíjecích cyklech 687,1 mAh.g-1, po 110 cyklech klesla na hodnotu 643,1 mAh.g-1.

Připravený kompozit vykazuje vyšší kapacitu než komerčně využívaný grafit a zvýšila se i životnost. Oproti teoretickému maximu je hodnota stále poměrně nízká (asi 16 %), ale dá se očekávat další vývoj a zlepšování těchto hodnot.

Odkazy

  1. Development of Silicon-Metal Composite Material for High Capacity Lithium-Ion Rechargeable Batteries
  2. Lithium ion battery anodes using Si-Fe based nanocomposite
    structures

Leave a Reply