Sciencemag.cz
Doporučujeme
V lithium iontové baterii by se jako materiál pro elektrodu vyplatil z hlediska energetické hustoty namísto grafitu křemík, taková elektroda by však neměla potřebnou mechanickou stabilitu a baterie by vydržela jen relativně málo nabíjecích cyklů. (Poznámka: křemík dokáže absorbovat více iontů lithia, zhruba 4 ionty lithia na 1 atom křemíku, u uhlíku jde o 1 atom lithia na 6 atomů uhlíku; samozřejmě v tomto ohledu úplně nejefektivnější by bylo, pokud by anoda byla pouze z lithia.) Křemík mj. reaguje i s dalšími složkami elektrolytu a vytváří přitom na povrchu nerozpustnou vrstvu.
Na University of Alberta přišli s myšlenkou zvýšit mechanickou odolnosti tím, že elektrodu vyrobí z nanoformy křemíku – trubičky/nanodrátky by měly zabránit tomu, aby usazující se ionty lithia anodu rozlámaly nebo vytvořily dendrity vyvolávající zkrat. Uhlík přitom není zcela nahrazen – nanočástice křemíku představují pouze aktivní vrstvu, jsou stabilizované v pórech z grafenového gelu. Zatím se zdá, že čím menší příslušné nanočástice křemíku budou, tím vyšší energetická účinnost baterie. Jedna z překážek ovšem spočívá v tom, že křemíkové nanočástice nedokážeme pořádně vyrábět v průmyslovém měřítku, problém může být i dostatečně efektivní nanášení těchto částic na grafenový aerogel (pomiňme samotnou výrobu cenu/grafenu). Nicméně elektrody nějak kombinující uhlík a křemík se zdají být nadějné a počítají s nimi i jiné projekty.
Také je ale třeba dodat, že podobných nápadů se už objevila celá řada, a to včetně elektrod přímo z lithia, většinou to však skončilo publikovaným článkem a snad ještě patentem. Např. před asi 5 lety se objevila myšlenka připravit elektrodu z lithia nanesenou na pružné filmy, které by ji mechanicky stabilizovaly při prudkých změnách objemu. Na Stanfordu už asi před 6 lety zase přišli s elektrodou rovněž v podobě nanodrátků křemíku, které v tomto případě měly být stabilizovány ochranným porézních obalem SiO2.
Viz také: Lepší baterie pro notebooky: pomoci by mohl křemík
Maryam Aghajamali et al. Size and Surface Effects of Silicon Nanocrystals in Graphene Aerogel Composite Anodes for Lithium Ion Batteries, Chemistry of Materials (2018). DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b03198
Zdroj: Phys.org a další
