Ein Sprung in der Verwendung von Silizium für Batterieanoden

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Dasselbe Material, das Sie an der Spitze eines Bleistiftes finden – Graphit – ist seit langem eine Schlüsselkomponente in den heutigen Lithium-Ionen-Batterien.

Da unsere Abhängigkeit von diesen Batterien jedoch zunimmt, müssen Elektroden auf Graphitbasis nachgerüstet werden.

Dabei blicken die Wissenschaftler auf das Element, das das Herzstück der digitalen Revolution bildet: Silizium.Wissenschaftler des Pacific Northwest National Laboratory des US-Energieministeriums haben einen neuen Weg gefunden, um diesen vielversprechenden, aber problematischen Energiespeicherbestandteil zu nutzen.

Silizium, das in Computerchips und vielen anderen Produkten verwendet wird, ist attraktiv, weil es im Vergleich zu Graphit die 10-fache elektrische Ladung pro Gramm halten kann.

Das Problem ist, dass sich Silizium beim Auftreffen auf Lithium stark ausdehnt und zu schwach ist, um dem Druck bei der Elektrodenherstellung standzuhalten.Um diese Probleme anzugehen, entwickelte ein Team unter der Leitung der PNNL-Forscher Ji-Guang (Jason) Zhang und Xiaolin Li eine einzigartige Nanostruktur, die die Ausdehnung des Siliziums begrenzt und es gleichzeitig mit Kohlenstoff anreichert.

Ihre Arbeit, die vor kurzem in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, könnte über neue Elektrodenmaterialdesigns für andere Batterietypen informieren und schließlich dazu beitragen, die Energiekapazität der Lithium-Ionen-Batterien in Elektroautos, elektronischen Geräten und anderen Ausrüstungen zu erhöhen.Die Nachteile von Silizium herausnehmenGraphit ist eine leitfähige und stabile Form von Kohlenstoff und eignet sich gut, um Lithium-Ionen beim Aufladen in die Anode einer Batterie zu packen.

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Silizium kann mehr Lithium aufnehmen als Graphit, aber es neigt dazu, sich um etwa 300 Volumenprozent aufzublähen, wodurch die Anode auseinander bricht.

Die Forscher schufen eine poröse Form von Silizium, indem sie kleine Siliziumpartikel zu Mikrokugeln mit einem Durchmesser von etwa 8 Mikrometern – grob die Größe eines roten Blutkörperchens – aggregierten.”Ein festes Material wie zum Beispiel Stein wird brechen, wenn es sich zu sehr im Volumen ausdehnt”, sagte Zhang.

Was wir geschaffen haben, ist eher schwammähnlich, wo es im Inneren Platz gibt, um die Ausdehnung aufzunehmen.

“Die Elektrode mit poröser….

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