De markt voor lithium-ionbatterijen is gestaag gegroeid en was op zoek naar een aanpak om de batterijcapaciteit te vergroten met behoud van de capaciteit voor een lang oplaadproces.

Het is bekend dat het structureren van materialen voor elektrodes op nanometer-lengte een effectieve manier is om aan deze vraag te voldoen; echter, dergelijke nanomaterialen zouden in wezen moeten worden geproduceerd door verwerking met een hoge verwerkingscapaciteit om deze technologieën naar de industrie over te dragen.

Een artikel gepubliceerd in de Wetenschap en technologie van geavanceerde materialen rapporteert een aanpak die mogelijk een industrieel compatibele hoge doorvoer heeft om composietpoeders op siliciumbasis van nanoformaat te produceren als een sterke kandidaat voor de negatieve elektrode van de volgende generatie lithium-ionbatterijen met hoge dichtheid.

De auteurs hebben met succes nanocomposiet SiO-poeders geproduceerd door middel van plasmaspray fysieke dampafzetting met behulp van goedkope poeders van metallurgische kwaliteit bij hoge doorvoer. Met behulp van deze methode, ze toonden een expliciete verbetering in de prestaties van de batterijcapaciteitscyclus met deze poeders als elektrode.

Het unieke van deze verwerkingsmethode is dat SiO-composieten met nanogrootte onmiddellijk worden geproduceerd door verdamping en daaropvolgende co-condensatie van de poedergrondstof. De aanpak wordt plasmaspray fysieke dampdepositie (PS-PVD) genoemd. In afb. 1 ruwe SiO- en PS-PVD SiO-composieten worden getoond.

De composieten zijn deeltjes van 20 nm, die zijn samengesteld uit een kristallijne Si-kern en SiOx-schaal. Verder, de toevoeging van methaan (CH4) bevordert de reductie van SiO en resulteert in de verminderde SiO-schildikte zoals getoond in Fig. 2. De kern-schilstructuur wordt gevormd in een continue verwerking in één stap.

Als resultaat, de onomkeerbare capaciteit werd effectief verminderd, en halfcelbatterijen gemaakt van PS-PVD-poeders hebben een verbeterde initiële efficiëntie en behoud van capaciteit tot wel 1000 mAhg vertoond ⁻¹ na 100 cycli tegelijk.