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#Neues aus der Industrie
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Silikon-Anoden konnten die Lithium-Ionen-Batterie-Kapazität aufladen
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Die Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien könnte bis sechsmal durch die Anwendung von den Anoden erhöht werden, die vom Silikon anstelle des Graphits hergestellt wurden, schlägt neue Forschung vor.
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Lithium-Ionen-Batterien versehen Laptops, intelligente Telefone und Tablet-Computer mit Energie. Jedoch ist ihre Kapazität, wenn es um Anwendungen wie Elektro-Mobile geht, begrenzt möglicherweise, weil Elektrodenmaterialien wie Graphit in der Lage sind, nur eine beschränkte Anzahl Lithiumionen stabil zu adsorbieren.
Halbleitermaterialien wie Silikon erhalten Aufmerksamkeit als alternative Elektroden für Lithium-Batterien. Jedoch während Massensilikon in der Lage ist, große Mengen Lithium zu absorbieren, zerstört die Migration der Lithiumionen die Kristallstruktur des Silikons. Dieses kann das Volumen durch einen Faktor von drei schwellen, der zu bedeutende mechanische Belastungen führt.
Ein Team vom Institut Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) der weichen Angelegenheit und der Funktionsmaterialien hat im Detail beobachtet, wie Lithiumionen in Dünnfilme des Silikons abwandern. Durch Neutronmaße zeigte das Team, dass Lithiumionen tief nicht in das Silikon eindringen. Während des Gebührenzyklus entwickelt eine 20 Nanometer-Anodenschicht das Enthalten eines hohen Anteils der Lithiumbedeutung, dem extrem Dünnschichten des Silikons genügend sein würden, die maximale Last des Lithiums zu erzielen.
Lithiumionen wandern durch den Elektrolyt in die Schicht des kristallenen Silikons ab. Bildkredit: HZB.
Lithiumionen wandern durch den Elektrolyt in die Schicht des kristallenen Silikons ab. Bildkredit: HZB.
„Wir waren in der Lage, genau aufzuspüren, wo die Lithiumionen in der Silikonelektrode unter Verwendung der Neutron Reflectometrymethoden adsorbieren, und auch wie schnell sie umzogen,“ sagt Dr. Beatrix-Kamelia Seidlhofer, der die Experimente durchführte.
Sie entdeckte zwei verschiedene Zonen während ihrer Untersuchungen. Nahe der Grenze zu den Elektrolyten, bildete sich eine ungefähr 20 Nanometer-Schicht, dass gehabter hoher Lithiuminhalt: 25 Lithiumatome wurden unter 10 Silikonatomen untergebracht. Eine zweite angrenzende Schicht enthielt ein Lithiumatom für 10 Silikonatome. Beide Schichten waren zusammen kleiner als 100 Nanometer dick nach dem zweiten Aufladungszyklus.
Nach Entladung blieb ungefähr ein Lithiumion pro Silikonknoten in der Elektrode in der Silikongrenzschicht, die den Elektrolyten ausgesetzt wurde. Die Forscher berechneten, dass die theoretische maximale Kapazität dieser Arten der Silikonlithiumbatterien an ungefähr 2300 mAh/g liegt, die mehr als sechsmal die theoretische maximale erreichbare Kapazität für eine Lithium-Ionen-Batterie ist, die mit Graphit konstruiert wird (372 mAh/g).
Die Forscher sagen, dass ihre Ergebnisse den Entwurf von Silikonelektroden verbessern konnten. Sehr dünne Silikonfilme sollten für das Adsorbieren der maximalen möglichen Menge des Lithiums genügend sein, die der Reihe nach auf dem Material und Energie speichern würde, die während der Herstellung verbraucht wurden.