Pii- ja pii-hiilianodit
Pii- ja pii-hiilianodit ovat negatiivielektrodirakenteita, joissa litiumia varastoidaan piihin. Pii voi olla hallitseva aktiivinen materiaali tai sitä voidaan käyttää yhdessä grafiitin tai muun hiilimateriaalin kanssa.
Päätyypit
- Piianodi: tarkoittaa yleensä runsaasti piitä sisältävää tai piivaltaista negatiivista elektrodia. Se ei välttämättä tarkoita puhdasta piitä, sillä elektrodissa tarvitaan myös sideaineita, sähköä johtavia lisäaineita ja virrankeräin.
- Pii-hiilianodi: yhdistää piin tai piijohdannaisen, kuten piioksidin, grafiittiin, hiilirakenteeseen tai muuhun hiilimateriaaliin. Hiili tukee sähkönjohtavuutta ja voi auttaa hallitsemaan piin laajenemisen mekaanisia vaikutuksia.
Miksi piitä käytetään
Pii voi varastoida massayksikköä kohden paljon enemmän litiumia kuin grafiitti. Tämä tarjoaa mahdollisuuden kasvattaa kennon energiatiheyttä, mutta materiaalitason hyöty ei siirry sellaisenaan kokonaiseen akkuun. Lopputulokseen vaikuttavat elektrodin paksuus, huokoisuus, epäaktiiviset materiaalit, elektrolyytin määrä, turpoamisvara ja katodi. Nature Communications: Production of lithium-ion batteries with silicon-containing anodes
Tärkein kompromissi
Pii laajenee ja supistuu voimakkaasti litiumin siirtyessä siihen ja siitä pois. Toistuvat tilavuuden muutokset voivat rikkoa hiukkasia ja sähkökontakteja sekä vaurioittaa kiinteän elektrolyytin rajapintakerrosta (SEI). Kerroksen muodostuminen uudelleen kuluttaa litiumia ja elektrolyyttiä, mikä edistää kapasiteetin heikkenemistä. U.S. Department of Energy: Protecting silicon battery electrodes
Piin yhdistäminen grafiittiin tai suunniteltuun hiilimateriaaliin voi lieventää näitä ongelmia, mutta ei poistaa niitä. Nimitys pii-hiili ei kerro piin osuutta, hiukkasrakennetta, ensimmäisen syklin litiumhävikkiä, turpoamista, latausrajoja, syklikestävyyttä tai tuotantosaantoa. Siksi monissa tuotantoon suunnatuissa rakenteissa grafiitti säilytetään päämateriaalina ja siihen lisätään hallittu määrä piitä tai piioksidia.
Elektrodien ja elektrolyytin vuorovaikutuksia käsitellään tarkemmin artikkelissa Cell Chemistry & Components. Piipitoisten rakenteiden kypsyydestä ja nykyisistä akkuohjelmista kerrotaan artikkelissa Latest Advances in EV Battery Technology.
Pii kuvaa anodimateriaalia, ei elektrolyytin rakennetta. Sitä voidaan käyttää tavanomaisissa Lithium-Ion Battery-kennoissa tai kiinteää elektrolyyttiä käyttävissä rakenteissa; katso Solid-State Battery.