Silisiumanoder og silisium-karbonanoder
Silisiumanoder og silisium-karbonanoder er utforminger av negative elektroder som bruker silisium til å lagre litium, enten som det dominerende aktive materialet eller sammen med grafitt eller en annen form for karbon.
Hovedtyper
- Silisiumanode: betyr vanligvis en negativ elektrode med høyt silisiuminnhold eller med silisium som dominerende materiale. Det betyr ikke nødvendigvis rent silisium; elektroden trenger fortsatt bindemidler, ledende tilsetningsstoffer og en strømkollektor.
- Silisium-karbonanode: kombinerer silisium eller et silisiumderivat, for eksempel silisiumoksid, med grafitt, et karbonskjelett eller et annet karbonmateriale. Karbonet bidrar til elektrisk ledningsevne og kan hjelpe med å håndtere de mekaniske virkningene av at silisium utvider seg.
Hvorfor silisium brukes
Silisium kan lagre langt mer litium per masseenhet enn grafitt. Det åpner for høyere energitetthet på cellenivå, men gevinsten på materialnivå overføres ikke direkte til et komplett batteri. Elektrodetykkelse, porøsitet, inaktive materialer, elektrolyttmengde, plass til svelling og katoden påvirker alle sluttresultatet. Nature Communications: Production of lithium-ion batteries with silicon-containing anodes
Det viktigste kompromisset
Silisium utvider og trekker seg betydelig sammen når litium går inn i og ut av materialet. Gjentatte volumendringer kan føre til at partikler sprekker, den elektriske kontakten brytes og grenseflaten mot den faste elektrolytten (SEI) skades. Når dette laget dannes på nytt, forbrukes litium og elektrolytt, noe som bidrar til kapasitetstap. U.S. Department of Energy: Protecting silicon battery electrodes
Å kombinere silisium med grafitt eller spesialutviklet karbon kan redusere problemene, men fjerner dem ikke. Betegnelsen silisium-karbon sier ikke noe om silisiumandelen, partikkelstrukturen, litiumtapet i den første syklusen, svellingen, ladegrensene, sykluslevetiden eller produksjonsutbyttet. Mange produksjonsorienterte konstruksjoner beholder derfor grafitt som hovedmateriale og tilsetter en kontrollert mengde silisium eller silisiumoksid.
Se Cell Chemistry & Components for en detaljert gjennomgang av samspillet mellom elektroder og elektrolytt. Se Latest Advances in EV Battery Technology for informasjon om modenheten til silisiumrike konstruksjoner og aktuelle batteriprogrammer.
Silisium beskriver anodematerialet, ikke elektrolyttarkitekturen. Det kan brukes i konvensjonelle Lithium-Ion Battery-celler eller i konstruksjoner med fast elektrolytt; se Solid-State Battery.