Projekt: "Accelerating High-Capacity Lithium-Ion Batteries with Silicon-Based Ceramics Composite Anodes"

Akronim: ASCEND

Projekt koncentruje się na opracowaniu nowej generacji materiałów do anod baterii litowo-jonowych – materiałów, które mogą przewyższyć obecnie stosowane kompozyty krzemowo-grafitowe. Kluczowym elementem projektu jest innowacyjny materiał hybrydowy Si/Sn@SiOxCy, w którym nanocząstki krzemu i cyny są osadzone w stabilnej matrycy tlenowęglika krzemu.

Dlaczego to podejście jest tak obiecujące? Krzem i cyna mogą magazynować znacznie więcej litu niż konwencjonalny grafit. Podczas ładowania baterii tworzą stopy z litem, co otwiera drogę do uzyskania znacznie większych pojemności. Materiały te mają jednak również istotną wadę: podczas kolejnych cykli ładowania i rozładowania ich objętość może zmieniać się nawet kilkukrotnie. Tak gwałtowne rozszerzanie i kurczenie może prowadzić do pękania struktury anody, a w konsekwencji do szybszej degradacji baterii.

W tym miejscu kluczową rolę odgrywa tlenowęglik krzemu (SiOC). Otrzymywany z wykorzystaniem innowacyjnej chemii opracowanej przez firmę Siloxene AG, może pełnić funkcję wytrzymałej, nanoporowatej matrycy, działającej jak elastyczna struktura ochronna: stabilizuje metaliczne nanocząstki i pochłania naprężenia powstające podczas pracy baterii. Matryca SiOxCy jest otrzymywana w procesie wytwarzania ceramiki pochodzenia polimerowego (polymer-derived ceramics, PDC), dzięki czemu charakteryzuje się wysoką zawartością węgla, równomiernym rozmieszczeniem nanocząstek oraz wytrzymałą, a jednocześnie elastyczną strukturą.

Tak otrzymany materiał nie tylko chroni anodę przed uszkodzeniami mechanicznymi, ale również poprawia jej właściwości elektrochemiczne. W praktyce oznacza to baterie o większej pojemności, dłuższej żywotności cyklicznej i lepszej stabilności pracy – przy jednoczesnym bardziej zrównoważonym podejściu do technologii bateryjnych.

Celem projektu jest zatem opracowanie nowej generacji wysokowydajnych i trwałych anod, które mogą wyznaczyć kolejny kierunek rozwoju baterii litowo-jonowych.

 

Projekt dofinansowany przez Szwajcarską Pomoc Finansową wspierającą zmniejszanie różnic gospodarczych i społecznych w UE oraz ze środków budżetu państwa poprzez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju