Onderzoekers van het Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) hebben aangetoond dat silicium-koolstof negatieve elektrodematerialen, gemaakt door het elektrochemisch etsen van grafietanodes, een hoge energiedichtheid kunnen opleveren van ongeveer 1,5 maal die van grafietanodes.

Zoals algemeen bekend is, zijn siliciumanodes, die een veel hogere energiedichtheid hebben dan grafietanodes, uiterst waardevolle negatieve elektrodematerialen voor gebruik in de volgende generatie lithium-ionbatterijen. De commercialisering van op silicium gebaseerde anodes wordt echter belemmerd door het ontbreken van een technologie die structurele vernietiging tijdens laad- en ontlaadprocessen kan voorkomen.

Een KAIST-onderzoeksteam onder leiding van professor Jaeyoung Jang van de afdeling Materiaalwetenschappen en Techniek overwon de beperkingen van de conventionele bereidingsmethode voor siliciumanoden door een technologie voor te stellen voor de productie van anodes die gebruik maken van elektrochemisch geëtst grafiet.

De onderzoekers etsten grafiet met een elektrochemische methode om afzonderlijke siliciumnanodeeltjes van ongeveer 10 nm groot direct te synthetiseren. Hierdoor konden de siliciumdeeltjes stabiel worden ingebed in een koolstofmatrix, en het silicium van nanogrootte speelde een rol bij het aanzienlijk verbeteren van de energiedichtheid en de levensduur van de negatieve elektrode.

Professor Jang legde uit dat de grafietetsmethode superieur is aan de bestaande methode voor het mengen van siliciumnanodeeltjes en koolstof, omdat het de degradatie van de batterij minimaliseert en directe synthese van de negatieve elektrode mogelijk maakt zonder aanvullende processen. Dit zal de sleutel zijn tot massaproductie en prijsconcurrentievermogen van siliciumanodes.

Hij voegde er ook aan toe:"Dit onderzoek zal dienen als basis voor het verbeteren van de energiedichtheid van lithium-ionbatterijen met siliciumanodes, wat het belangrijkste aspect is dat de commercialisering van batterijen van de volgende generatie belemmert."

Het onderzoek werd ondersteund door de National Research Foundation of Korea (NRF) en Samsung SDI. Het werd ook gepubliceerd in het Journal of Materials Chemistry A.