Ânodos de Silício e de Silício-Carbono
Os ânodos de silício e de silício-carbono são configurações de eletrodo negativo que utilizam silício para armazenar lítio, seja como material ativo dominante, seja em combinação com grafite ou outra forma de carbono.
Principais formas
- Ânodo de silício: geralmente significa um eletrodo negativo rico em silício ou no qual o silício é dominante. Isso não significa necessariamente silício puro; o eletrodo ainda precisa de ligantes, aditivos condutores e um coletor de corrente.
- Ânodo de silício-carbono: combina silício, ou um derivado do silício como o óxido de silício, com grafite, uma estrutura de carbono ou outro material carbonoso. O carbono favorece a condutividade elétrica e pode ajudar a controlar os efeitos mecânicos da expansão do silício.
Por que o silício é utilizado
O silício pode armazenar muito mais lítio por unidade de massa do que a grafite. Isso abre caminho para uma maior densidade de energia da célula, mas o ganho no nível do material não é transferido diretamente para uma bateria completa. A espessura do eletrodo, a porosidade, os materiais inativos, a quantidade de eletrólito, a margem prevista para a expansão e o cátodo influenciam o resultado final. Nature Communications: Production of lithium-ion batteries with silicon-containing anodes
A principal contrapartida
O silício se expande e se contrai substancialmente à medida que o lítio entra e sai. A variação repetida de volume pode trincar partículas, interromper o contato elétrico e danificar a interfase de eletrólito sólido (SEI). A reconstrução dessa camada consome lítio e eletrólito, contribuindo para a perda de capacidade. U.S. Department of Energy: Protecting silicon battery electrodes
A combinação de silício com grafite ou carbono projetado para essa finalidade pode reduzir esses problemas, mas não os elimina. A denominação silício-carbono não revela a porcentagem de silício, a estrutura das partículas, a perda de lítio no primeiro ciclo, a expansão, os limites de carregamento, a vida útil em ciclos ou o rendimento de fabricação. Por isso, muitos projetos voltados à produção mantêm a grafite como material principal e acrescentam uma quantidade controlada de silício ou óxido de silício.
Para conhecer em detalhes as interações entre o eletrodo e o eletrólito, consulte Cell Chemistry & Components. Para saber o grau de maturidade dos projetos ricos em silício e conhecer os programas atuais de desenvolvimento de baterias, consulte Latest Advances in EV Battery Technology.
O silício descreve o material do ânodo, não a arquitetura do eletrólito. Ele pode ser utilizado em células convencionais de Lithium-Ion Battery ou em projetos com eletrólito sólido; consulte Solid-State Battery.