Desbloqueando o potencial dos materiais de ânodo de silício para baterias comercializadas

Sep 02, 2023

31 de agosto de 2023

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por JooHyeon Heo, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan

Em uma revisão publicada na Nature Energy, o professor Jaephil Cho, da Escola de Energia e Engenharia Química da UNIST, apresenta um protocolo de análise para avaliar materiais de cátodo de silício aplicáveis ​​a baterias comercializadas. O estudo investiga profundamente as características e desafios que cercam os materiais de ânodos de silício – o foco de atenção significativa como componentes secundários de baterias.

O silício surgiu como uma alternativa promissora aos ânodos de grafite convencionais em baterias de íon-lítio de alta energia devido à sua excepcional capacidade gravimétrica. No entanto, questões intrínsecas, como a severa expansão de volume durante o ciclo, impediram o uso generalizado de ânodos de Si no desenvolvimento de baterias. Embora os laboratórios tenham feito enormes progressos na abordagem destas questões, a maioria das baterias contendo Si utilizadas na indústria – onde os ânodos de Si são compostos de subóxidos de Si ou compostos de Si-C – só são capazes de incorporar quantidades limitadas de silício.

A análise abrangente da equipe de pesquisa explora fatores cruciais que influenciam a densidade de energia prática das baterias contendo silício. Ele examina fenômenos como inchaço do eletrodo e tensão de corte durante a operação da célula, ao mesmo tempo em que considera a vida útil do calendário, questões de segurança e implicações de custo – todos aspectos essenciais que impactam significativamente o projeto prático da célula.

Além disso, o artigo propõe protocolos de teste destinados a avaliar a viabilidade e viabilidade de ânodos de silício recentemente desenvolvidos. Esses protocolos oferecem informações valiosas para garantir desempenho, eficiência, durabilidade e segurança ideais ao incorporar esses materiais avançados em aplicações de baterias comerciais.

Uma descoberta importante destacada pela equipe do professor Cho é que reduzir o tamanho das partículas de silício para menos de 5 nm e, ao mesmo tempo, dispersá-las uniformemente em partículas condutoras de carbono é uma grande promessa para superar as limitações existentes. Avanços recentes relatados por pesquisadores envolveram a deposição de matérias-primas em partículas compostas de carbono por meio de deposição de gás – uma tecnologia de síntese capaz de reduzir tamanhos de partículas abaixo de 1 nm. Esta abordagem inovadora demonstrou eficiências iniciais superiores a 90% com características de vida útil significativamente melhoradas.

“Os métodos de avaliação atualmente relatados em revistas especializadas para materiais de ânodos de silício são um tanto limitados, tornando difícil determinar sua viabilidade comercial”, afirmou o professor Cho. O protocolo de análise proposto visa colmatar esta lacuna e fornecer um quadro abrangente para avaliar o potencial prático destes materiais em baterias comercializadas.