Test della batteria agli ioni di litio. Credito:Laboratorio nazionale Argonne / Flickr
Il mercato delle batterie agli ioni di litio è in costante crescita e ha cercato un approccio per aumentare la capacità della batteria pur mantenendo la sua capacità per un lungo processo di ricarica.
È noto che la strutturazione di materiali per elettrodi su scala nanometrica è un modo efficace per soddisfare questa domanda; però, tali nanomateriali dovrebbero essenzialmente essere prodotti mediante lavorazione ad alto rendimento per trasferire queste tecnologie all'industria.
Un articolo pubblicato su Scienza e tecnologia dei materiali avanzati riporta un approccio che potenzialmente ha un rendimento elevato industrialmente compatibile per produrre polveri composite a base di silicio di dimensioni nanometriche come forte candidato per l'elettrodo negativo delle batterie agli ioni di litio ad alta densità di prossima generazione.
Gli autori hanno prodotto con successo polveri di SiO nanocomposito mediante deposizione fisica da vapore al plasma spray utilizzando polveri di grado metallurgico a basso costo ad alte prestazioni. Usando questo metodo, hanno dimostrato un miglioramento esplicito nelle prestazioni del ciclo di capacità della batteria con queste polveri come elettrodo.
L'unicità di questo metodo di lavorazione è che i compositi SiO di dimensioni nanometriche vengono prodotti istantaneamente attraverso l'evaporazione e la successiva co-condensazione della materia prima in polvere. L'approccio è chiamato deposizione fisica in fase vapore al plasma spray (PS-PVD). Nella figura 1, sono mostrati i compositi SiO grezzi e PS-PVD SiO.
Fig. 1. Immagini al microscopio elettronico a scansione ad emissione di campo (FE-SEM) del SiO grezzo (a), polvere spruzzata al plasma (PS-PVD) con aggiunta di CH4 (C/Si =1) (b) e relativo ingrandimento maggiore Copyright :Sci. Tecnol. avv. Madre. vol. 15 (2014) pag. 025006 (fig.2)
I compositi sono particelle da 20 nm, che sono composti da un nucleo di Si cristallino e un guscio di SiOx. Per di più, l'aggiunta di metano (CH4) promuove la riduzione di SiO e determina la riduzione dello spessore del guscio di SiO come mostrato in Fig. 2. La struttura del nucleo-guscio è formata in un processo continuo a fase singola.
Fig. 2. Immagini di microscopia elettronica a trasmissione ad alta risoluzione dei compositi PS-PVD Si core e SiOx shell elaborati (a) senza e (b) con aggiunta di gas metano (CH4) 1.1 slm. Il CH4 promuove la riduzione di SiO e diminuisce la capacità irreversibile associata alla formazione di Li–O. Credito:Sci. Tecnol. avv. Madre. vol. 15 (2014) pag. 025006 (fig. 4)
Di conseguenza, la capacità irreversibile è stata effettivamente ridotta, e le batterie a mezza cella realizzate con polveri PS-PVD hanno mostrato una migliore efficienza iniziale e il mantenimento di una capacità fino a 1000 mAhg
−1
dopo 100 cicli contemporaneamente.
