从光伏废料中回收微型硅阳极可提高锂离子电池性能

Josiah02 · 发表于 2024-7-17 07:34:20

　　中国科学院青岛生物能源与过程研究所的研究人员利用一种新颖的电解质设计，从回收的光伏废料中开发出低成本、微型硅阳极。
　　他们的开创性研究发表在《自然可持续性》杂志上，为更可持续、低成本、高能量密度的电池提供了一条途径，这种电池可以改变电动汽车和可再生能源应用的储能系统。
　　与传统石墨阳极相比，硅阳极能够大幅提高锂离子电池的能量密度，因此受到青睐，但在充放电过程中，硅阳极的体积会大幅膨胀，从而导致机械断裂并降低电池性能。
　　为了克服这些挑战，由崔光磊教授领导的研究人员率先使用来自光伏废料的微米级硅（μm-Si）颗粒作为可行的替代品。
　　当与专门设计的醚基电解质结合时，这些 μm-Si 阳极表现出显着的电化学稳定性，保持 99.94% 的平均库仑效率，并在 200 次循环后保留其初始容量的 83.13%。
　　该研究的第一作者刘涛博士说：“这项工作不仅为硅颗粒提供了更可持续的供应来源，而且解决了微尺寸硅阳极材料面临的主要挑战。”
　　阳极成功的秘诀在于其独特的固体电解质界面 (SEI) 化学性质，这是该团队创新的电解质成分的结果，即 3 M LiPF 6溶解在体积比为 1:3 的 1,3-二氧六环和 1,2-二乙氧基乙烷中。这种配方促进了双层 SEI 的发展，这种 SEI 既灵活又坚固，可以将破碎的硅颗粒结合在一起，同时改善离子传导并最大限度地减少副反应。
　　采用新型阳极和电解质组合的 NCM811||μm-Si 软包电池在恶劣条件下可完成 80 次循环，并可提供高达 340.7 Wh kg -1的能量密度。这一性能与即将达到能量密度极限的传统锂离子电池相比有了显著提升。
　　这项研究的另一位共同第一作者董天天博士表示：“从废弃太阳能电池板中可持续地获取硅可以减轻光伏废弃物对经济和环境的影响。将废弃物转化为有价值的电池组件可以大大降低锂离子电池的成本并提高其可及性。”
　　崔教授表示：“通过使用再生材料和先进的化学工程，我们已经证明，高性能、环境可持续的锂离子电池不仅是可能的，而且是触手可及的。”他乐观地认为，这项研究将推动下一代电池的开发，该电池能够为从电动汽车到电网规模的储能等各种设备提供动力。

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