Forscher des Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben mit Hilfe eines neuartigen Elektrolytdesigns kostengünstige Siliziumanoden in Mikrogröße aus recycelten Photovoltaikabfällen entwickelt.
Um die bei Siliziumanoden üblicherweise auftretenden erhebliche Volumenausdehnung während der Lade-/Entladezyklen zu vermeiden, haben die Forschenden Siliziumpartikeln in Mikrogröße (μm-Si) verwendet, die aus Photovoltaikabfällen gewonnen werden.
In Verbindung mit einem speziell entwickelten Elektrolyten auf Ätherbasis weisen diese μm-Si-Anoden eine bemerkenswerte elektrochemische Stabilität auf: Sie haben einen durchschnittlichen coulombischen Wirkungsgrad von 99,94 % und behalten nach 200 Zyklen 83,13 % ihrer ursprünglichen Kapazität.
Das Erfolgsgeheimnis der Anoden liegt in ihrer Festkörper-Elektrolyt-Zwischenphasen-Chemie (SEI), ein Ergebnis der vom Team gewählten Elektrolytzusammensetzung aus 3 M LiPF6, das in einem Volumenverhältnis von 1:3 von 1,3-Dioxan und 1,2-Diethoxyethan gelöst ist. Sie fördert die Entwicklung einer zweischichtigen SEI, die flexibel und dennoch robust ist und die gebrochenen Siliziumpartikel zusammenhält, während sie die Ionenleitung verbessert und Nebenreaktionen minimiert.
Die NCM811||μm-Si-Pouch-Zellen mit der neuen Anoden- und Elektrolytkombination überstanden 80 Zyklen und lieferten unter harten Bedingungen eine Energiedichte von 340,7 Wh kg-1. Diese Leistung stellt eine erhebliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien dar, die sich zudem ihren Energiedichte-Grenzen nähern. (jr)
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