U of A kemister Jillian Buriak (bilden), Jonathan Veinot och deras team fann att kiselpartiklar i nanostorlek övervinner en begränsning av användning av kisel i litiumjonbatterier. Upptäckten kan leda till en ny generation batterier med 10 gånger kapaciteten för nuvarande litiumjonbatterier. Upphovsman:John Ulan
Kemister från University of Alberta har tagit ett kritiskt steg mot att skapa en ny generation kiselbaserade litiumjonbatterier med 10 gånger laddningskapaciteten för nuvarande celler.
"Vi ville testa hur olika storlekar av kiselnanopartiklar kan påverka sprickor inuti dessa batterier, "sa Jillian Buriak, en U of A chemist och Kanada Research Chair i nanomaterial för energi.
Kisel visar löften om att bygga mycket högre kapacitet batterier eftersom det är rikligt och kan absorbera mycket mer litium än grafiten som används i nuvarande litiumjonbatterier. Problemet är att kisel är benäget att spricka och bryta efter många laddnings- och urladdningscykler, eftersom det expanderar och dras ihop när det absorberar och släpper ut litiumjoner.
Befintlig forskning visar att formning av kisel till nanoskala partiklar, ledningar eller rör hjälper till att förhindra att det går sönder. Vad Buriak, kollega U i En kemist Jonathan Veinot och deras team ville veta var vilken storlek dessa strukturer behövde vara för att maximera fördelarna med kisel samtidigt som nackdelarna minimeras.
Forskarna undersökte kiselnanopartiklar av fyra olika storlekar, jämnt spridd i högledande grafen -aerogeler, tillverkad av kol med nanoskopiska porer, för att kompensera för kiselns låga konduktivitet. De fann att de minsta partiklarna-bara tre miljarddels meter i diameter-visade den bästa långsiktiga stabiliteten efter många laddnings- och urladdningscykler.
"När partiklarna blir mindre, vi fann att de bättre kan hantera den belastning som uppstår när kislet "andas" vid legering och hantering av litium, vid cykling, "förklarade Buriak.
Forskningen har potentiella tillämpningar i "allt som är beroende av energilagring med hjälp av ett batteri, sa Veinot, som är chef för ATUMS -forskarutbildningsprogrammet som delvis stödde forskningen.
"Tänk dig en bil som har samma storlek på ett batteri som en Tesla som kan åka tio gånger längre eller ladda 10 gånger mindre ofta, eller batteriet är tio gånger lättare. "
Veinot sa att nästa steg är att utveckla en snabbare, billigare sätt att skapa kisel -nanopartiklar för att göra dem mer tillgängliga för industri- och teknikutvecklare.
Studien, "Storlek och yteffekter av kiselnanokristaller i grafen -aerogelkompositanoder för litiumjonbatterier, "publicerades i Materialkemi .
