Kiselanodbatterier

I grafitanoden i litiumjonbatterier används interkalering som lagringsmekanism, dvs. litiumjonerna lagras mellan enskilda grafenlager i grafiten under uppladdning. Mycket forskning och utveckling ägnas åt att använda kisel i anoden, eftersom kisel kan bilda faser med litium och på så vis lagra upp till tio gånger fler litiumjoner jämfört med grafit. Men under litiering (kisel tar upp litium under batteriuppladdning) och delitiering (litium lämnar kisel under urladdning) spricker kiselpartiklarna på grund av mekanisk stress och slutar bidra till batteriets energilagringskapacitet.

Figur. En kiselpartikel plockar upp och släpper ifrån sig litiumjoner upprepade gånger, vilket får kiselpartikeln att spricka. SEI står för Solid Electrolyte Interface. SEI är ett jonledande lager som bildas under den första uppladdnings-urladdningscykeln.

Det finns sätt att undvika sprickbildning i kiselpartiklar under uppladdning och urladdning av batterier. Vi forskar på två metoder: i) produktion och användning av kiselnanopartiklar som är så små att de inte spricker under litiering och delitiering ii) produktion och användning av porösa kiselpartiklar som ger kisel-litiumfaserna utrymme att expandera och krympa under litiering och delitiering.