Marknaden för litiumjonbatterier har vuxit stadigt och har sökt ett tillvägagångssätt för att öka batterikapaciteten samtidigt som den behåller sin kapacitet för lång laddningsprocess.

Struktureringsmaterial för elektroder på nanometerlängdsskalan har varit känt för att vara ett effektivt sätt att möta detta krav; dock, sådana nanomaterial skulle i huvudsak behöva framställas genom bearbetning med hög genomströmning för att kunna överföra denna teknik till industrin.

En artikel publicerad i Vetenskap och teknik för avancerade material rapporterar ett tillvägagångssätt som potentiellt har en industriellt kompatibel hög genomströmning för att producera kompositkiselbaserade pulver i nanostorlek som en stark kandidat för den negativa elektroden i nästa generations högdensitetslitiumjonbatterier.

Författarna har framgångsrikt producerat nanokomposit SiO-pulver genom fysisk ångavsättning med plasmaspray med hjälp av pulver av metallurgisk kvalitet till låg kostnad vid hög genomströmning. Med denna metod, de visade en tydlig förbättring av batteriets kapacitetscykelprestanda med dessa pulver som elektrod.

Det unika med denna bearbetningsmetod är att SiO-kompositer i nanostorlek produceras omedelbart genom avdunstning och efterföljande samkondensering av pulverråvaran. Tillvägagångssättet kallas plasmaspray fysisk ångdeposition (PS-PVD). I fig. 1, rå SiO- och PS-PVD SiO-kompositer visas.

Kompositerna är 20 nm partiklar, som är sammansatta av en kristallin Si-kärna och SiOx-skal. Vidare, tillsatsen av metan (CH4) främjar minskningen av SiO och resulterar i den minskade SiO-skaltjockleken som visas i Fig. 2. Kärn-skalstrukturen bildas i en enstegs kontinuerlig bearbetning.

Som ett resultat, den irreversibla kapaciteten minskade effektivt, och halvcellsbatterier gjorda av PS-PVD-pulver har uppvisat förbättrad initial effektivitet och underhåll av kapacitet så hög som 1000 mAhg ⁻¹ efter 100 cykler samtidigt.