Een team van Koreaanse onderzoekers heeft een verwerkingstechnologie ontwikkeld om de energiedichtheid van batterijen met hoge capaciteit te maximaliseren. Het gezamenlijke onderzoeksteam, die bestaat uit Dr. Minah Lee en Dr. Jihyun Hong van het Clean Energy Institute, Korea Instituut voor Wetenschap en Technologie (KIST), hebben de ontwikkeling aangekondigd van een technologie die een eenvoudige oplossing biedt voor een hardnekkig probleem in verband met op silicium gebaseerde anode (-) materialen.

Onlangs, siliciumanodematerialen die vier keer meer lithiumionen kunnen opslaan dan grafietanodematerialen in lithium-ionbatterijen hebben steeds meer aandacht gekregen vanwege hun potentieel om het aantal kilometers van elektrische voertuigen te verbeteren. Maar wanneer opgeladen in de eerste cyclus, een batterij met een op silicium gebaseerde anode verliest meer dan 20% van de lithiumionen die hij gebruikt voor elektriciteitsopslag, wat resulteert in een probleem van verminderde batterijcapaciteit. Om dit probleem op te lossen, onderzoekers hebben een methode van lithium pre-loading bestudeerd, of pre-lithiatie, dat is het toevoegen van extra lithium vóór de montage van de batterij om het lithiumverlies tijdens het fietsen van de batterij te compenseren. Tot nu toe toegepaste methoden, zoals het gebruik van lithiumpoeder, nadelen hebben, waaronder veiligheidsrisico's en hoge kosten.

Dr. Lee en Dr. Hong van KIST hebben een technologie ontwikkeld die het mogelijk maakt lithiumionen vooraf te laden met behulp van een lithiumbevattende oplossing in plaats van lithiumpoeder, het voorkomen van lithiumverlies in een op silicium gebaseerde anode. Het onderdompelen van een elektrode in de op maat gemaakte oplossing gedurende slechts vijf minuten is voldoende om een ​​succesvolle lithiumvoorlading te bereiken, waarbij elektronen en lithiumionen via een spontane chemische reactie in de op silicium gebaseerde anode worden ingebracht. In tegenstelling tot de conventionele methode om lithiumpoeder aan een elektrode toe te voegen, wat leidt tot heterogene lithiumverdeling, de op maat gemaakte prelithiatieoplossing sijpelt snel in een elektrode, zorgen voor een homogene levering van lithium in siliciumoxide.

De door het onderzoeksteam ontwikkelde geprelithieerde anode op basis van silicium verliest minder dan 1% van het actieve lithium bij de eerste lading, wat resulteert in een hoge initiële batterij-efficiëntie van 99% of hoger. Een batterij vervaardigd met de geprelitheerde anode vertoonde een energiedichtheid die 25% hoger was dan die van een vergelijkbare batterij die gebruikmaakt van een grafietanode die op de markt verkrijgbaar is (406 Wh/kg – 504 Wh/kg).

Dr. Lee, die het onderzoek leidde, zei, "Door een computationele materiaalwetenschapstechniek op te nemen in het ontwerp van een optimale moleculaire structuur, waren we in staat om de efficiëntie van een hoge capaciteit te verbeteren, op silicium gebaseerde anode met grote sprongen met de eenvoudige methode om alleen de oplossingstemperatuur en reactietijd te regelen. Aangezien deze technologie gemakkelijk toepasbaar is op het roll-to-roll-proces dat wordt gebruikt in bestaande batterijproductiefaciliteiten, onze methode heeft potentieel om een ​​doorbraak te bereiken in de implementatie van op silicium gebaseerde anodes voor praktische batterijen."

Co-hoofdonderzoeker Dr. Hong zei:"Dit samenwerkingswerk zou kunnen worden gerealiseerd omdat KIST gezamenlijk onderzoek tussen leden van verschillende onderzoeksteams aanmoedigt. Deze prelithische technologie kan het aantal kilometers van elektrische voertuigen gemiddeld met minimaal 100 km verhogen."