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東芬蘭大學開發自立式介孔硅薄膜負極 可用于鋰離子電池
時間:2022-04-13 09:14:04

蓋世汽車訊 據外媒報道,東芬蘭大學(University of Eastern Finland)的研究人員開發了一種自立式介孔硅膜負極,可用于鋰離子電池。

(圖片來源:東芬蘭大學)

與典型的漿液基電極不同,這種薄膜電極不需要通過碳添加劑和粘合劑來接合顆粒。但是,仍然在電池中表現出卓越的性能。這種電極設計取得成功,為實現高能密度鋰離子電池提供了有效策略。

在便攜式電子設備和電動及混動汽車中,鋰離子電池具有廣泛的應用。因此,人們迫切需要開發高性能鋰離子電池。對于下一代鋰離子電池,硅被視為極有前景的負極材料,因其具有高理論比容量和安全的電化學電位。然而,硅負極在循環過程中會出現體積膨脹和收縮,導致硅與其他電池組件之間產生電接觸損耗,最終使電池失效。

全球電池研究人員一直致力于提升硅電極的性能,其中包括東芬蘭大學。該校研究人員通過電化學蝕刻技術,開發了一種可用于鋰離子電池的自立式介孔硅薄膜負極。其理念在于介孔硅中的孔隙,可以容納循環時出現的體積膨脹,從而實現穩定的電池循環。研究人員通過相關分析,系統性探討孔隙特征對電極性能的影響,并揭示其中的關系。

為了探討它們之間的相關性,研究人員對硅薄膜進行了詳細的孔隙分析和電化學表征。相關分析顯示,可逆比容量和初始庫侖效率(ICE),均與孔隙率和表面積存在強負相關關系。循環性能則取決于薄膜厚度和孔隙特征。只有長期循環穩定性和孔徑之間呈正相關。在半電池比容量僅為1200mAh g?1的情況下,最佳硅薄膜負極可穩定循環超過450次,ICE為81.2%。

該研究為高性能鋰離子電池用多孔硅材料的發展指明了方向。更為重要的是,這為電池材料研究,尤其是研究硅負極的人員,提供了更好地評估電極性能的見解,并為電池研究制定了更具成本效益的評估策略。

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