Forskning om kiselbaserade batterier lovar billigare och effektivare elbilar

Ny forskning från Queen Mary University of London visar att en innovativ elektroddesign med dubbla lager kan revolutionera bilbatterier. Genom att använda operando-avbildning har forskarna uppnått anmärkningsvärda förbättringar i cyklisk stabilitet och snabbladdningsprestanda, vilket potentiellt kan sänka kostnaderna med 20–30 %.

Denna studie publicerades den 24 oktober i Nature Nanotechnology och leddes av Dr Xuekun Lu, en universitetslektor inom Green Energy. Forskningen introducerar en evidensbaserad dubbelskiktsdesign av kiselbaserade kompositelektroder, vilket kan lösa några av de största utmaningarna med Si-baserade elektroder.

Utvecklingen av batterier för elbilar har drivits av den ökande efterfrågan på längre räckvidd och snabbare laddning de senaste 15 åren. Kiselanoder kan erbjuda tio gånger högre teoretisk kapacitet och en snabbare laddning, men deras användning begränsas av stora volymförändringar som kan nå upp till 300 % under laddningscykler, vilket leder till snabb nedbrytning.

Genom avancerad operando-avbildning har denna forskning gett insikter i de elektrokemo-mekaniska processerna för grafit/kiselkompositelektroder. Med denna kunskap föreslår forskarna en ny dubbelskiktsarkitektur som erbjuder betydligt högre kapacitet och minskad nedbrytning jämfört med traditionella material.

Dr Xuekun Lu säger:
– I den här studien, för första gången, visualiserar vi samspelet mellan mikrostrukturell design och elektrokemo-mekanisk prestanda över längdskalor – från en partikel till full elektrod – genom att integrera multimodala operando-avbildningstekniker.

Hon tillägger:
– Denna studie öppnar nya vägar för innovativa 3D-kompositelektrodarkitekturer och påskyndar storskalig användning av elbilar.

Professor David Greenwood, VD för WMG High Value Manufacturing Catapult Center, framhåller:
– Högkiselanoder är en viktig teknik för batterier med hög energidensitet i bilapplikationer. Denna studie bidrar till en djupare förståelse av hur mikrostrukturen påverkar prestanda och nedbrytning, vilket ger en grund för framtida batteridesign.