Zlepšenie anód Li-ionových batérií modifikáciou ich povrchu

Kremík (Si) je perspektívny materiál pre anódy lítium-iónových batérií vďaka svojej vysokej teoretickej kapacite (10-krát vyššej ako bežne používaný grafit) a bohatej prítomnosti v zemskej kôre. Tvorba nestabilnej vrstvy na rozhraní elektróda/elektrolyt a veľká zmena objemu počas litiácie však má za následok štrukturálnu degradáciu a vedie k zníženiu životnosti anód Li batérií na báze Si.

Naši kolegovia z oddelenia fyziky a technológie nanoštruktúr s cpolupráci s výskumníkmi z Centra pre využitie pokročilých materiálov SAV, v. v. i. skúmali vlastnosti elektród z kremíka/grafitu (Si/Gr) potiahnutých vrstvami ZnO pri elektrochemickom nabíjaní a vybíjaní. Vrstvy ZnO boli pripravené nanášaním po atomárnych vrstvách (ALD). Vrstvy ZnO boli nanesené pomocou 5-40 ALD cyklov (hrúbka 1-8 nm) na Si / Gr elektródy s hrúbkou ~ 20 μm. Analýza nabíjania/vybíjania pri rôznych rýchlostiach a elektrochemická impedančná spektroskopia ukázala, že Li batérie s anódami pokrytými ZnO mali pri elektrochemickom cyklovaní lepšie vlastnosti ako nepokrytá vzorka Si/Gr, najmä pri vyšších rýchlostiach nabíjania a vybíjania. Z mikroskopických pozorovaní sa dá predpokladať, že ultratenké vrstvy ZnO pasivujú elektródy Si/Gr, pomáhajú pri tvorbe stabilnej vrstvy na rozhraní elektróda/elektrolyt a uľahčujú transport Li iónov cez túto vrstvu. V dôsledku toho sa výrazne zlepšila kapacita pri rýchlom nabíjaní a vybíjaní pre Si/Gr anódy potiahnuté ZnO.
Štúdia ukázala, že nanášanie po atomárnych vrstvách je perspektívna technika úpravy povrchu anód pre lítium-iónové batérie a vedie k zlepšeniu ich vlastností.

Sahoo, P.P., Güneren, A., Hudec, B., Mikolášek, M. Nada, A., Precnerová, M., Mičušík, M., Lenčéš, Z. Nadáždy, P., Fröhlich, K., Stabilization of the Solid-Electrolyte-Interphase Layer and Improvement of the Performance of Silicon−Graphite Anodes by Nanometer-Thick Atomic-Layer-Deposited ZnO Films, https://doi.org/10.1021/acsanm.3c05066.

Pripravil: B. Hudec