Dr. Hun-Gi Jung en zijn onderzoeksteam bij het Center for Energy Storage Research van het Korea Institute of Science and Technology (KIST, President Lee Byung Gwon) hebben de ontwikkeling aangekondigd van siliciumanodematerialen die de batterijcapaciteit kunnen verviervoudigen in vergelijking met grafietanodematerialen en snel opladen tot meer dan 80% capaciteit in slechts vijf minuten mogelijk maken. Wanneer toegepast op batterijen voor elektrische voertuigen, de nieuwe materialen zullen naar verwachting hun rijbereik meer dan verdubbelen.

De batterijen die momenteel in in massa geproduceerde elektrische voertuigen zijn geïnstalleerd, maken gebruik van grafietanodematerialen, maar hun lage capaciteit draagt ​​ertoe bij dat elektrische voertuigen een kortere actieradius hebben dan voertuigen met verbrandingsmotoren. Bijgevolg, silicium, met een energieopslagcapaciteit die 10 keer groter is dan die van grafiet, heeft de aandacht getrokken als anodemateriaal van de volgende generatie voor de ontwikkeling van elektrische voertuigen met een groot bereik. Echter, siliciummaterialen zijn nog niet gecommercialiseerd omdat hun volume snel toeneemt en de opslagcapaciteit aanzienlijk afneemt tijdens laad- en ontlaadcycli, wat de commercialisering beperkt. Er zijn een aantal methoden voorgesteld om de stabiliteit van silicium als anodemateriaal te verbeteren, maar de kosten en complexiteit van deze methoden hebben verhinderd dat silicium grafiet vervangt.

Om de stabiliteit van silicium te verbeteren, Dr. Jung en zijn team concentreerden zich op het gebruik van materialen die veel voorkomen in ons dagelijks leven, zoals water, olie, en zetmeel. Ze losten zetmeel en silicium op in water en olie, respectievelijk, en vervolgens gemengd en verwarmd om koolstof-siliciumcomposieten te produceren. Er werd een eenvoudig thermisch proces gebruikt voor het frituren van voedsel om de koolstof en silicium stevig te fixeren, voorkomen dat de siliciumanodematerialen uitzetten tijdens laad- en ontlaadcycli.

De door het onderzoeksteam ontwikkelde composietmaterialen vertoonden een capaciteit die vier keer groter was dan die van grafietanodematerialen (360mAh/g - 1, 530mAh/g) en stabiel capaciteitsbehoud van meer dan 500 cycli. Er werd ook ontdekt dat de materialen het mogelijk maken om batterijen in slechts vijf minuten tot meer dan 80% van hun capaciteit op te laden. Koolstofbolletjes voorkomen de gebruikelijke volume-uitzetting van silicium, waardoor de stabiliteit van siliciummaterialen wordt verbeterd. Ook, het gebruik van sterk geleidende koolstof en de herschikking van de siliciumstructuur resulteerden in een hoge output.

"We waren in staat om koolstof-silicium composietmaterialen te ontwikkelen met behulp van gemeenschappelijke, alledaagse materialen en eenvoudige meng- en thermische processen zonder reactoren, " zei dr. Jung, de hoofdonderzoeker van het KIST-team. Hij ging verder, "De eenvoudige processen die we hebben toegepast en de composieten met uitstekende eigenschappen die we hebben ontwikkeld, zullen hoogstwaarschijnlijk worden gecommercialiseerd en in massa geproduceerd. De composieten kunnen worden toegepast op lithium-ionbatterijen voor elektrische voertuigen en energieopslagsystemen (ESS's)."

De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het meest recente nummer van Nano-letters .