Licentiatseminarium i teknisk fysik med Ali Abo Hamad
Välkommen till licentiatseminarium med Ali Abo Hamad. Han kommer att presentera sin avhandling "Green thermochemical modification of silicon microparticles for next-generation lithium-ion battery anodes".
Licentiatavhandling: Green thermochemical modification of silicon microparticles for next-generation lithium-ion battery anodes
Datum: 28 november kl 09.00
Rum: C312 Mittuniversitetet, campus Sundsvall
Huvudhandledare: Docent Jonas Örtegren, Mittuniversitetet
Biträdande handledare: Forskare Manisha Phadatare, Mittuniversitetet
Opponent: Docent Fredrik Björefors, Uppsala Universitet
Abstract
Kisel (Si) är ett lovande anodmaterial för nästa generations litiumjonbatterier (LIB) tack vare sin mycket höga teoretiska kapacitet. Den praktiska användningen begränsas dock av kraftiga volymförändringar under cykling, vilket leder till sprickbildning, instabila gränssnitt och snabb kapacitetsförlust. Dessutom bygger många metoder för att framställa poröst kisel på vätefluoridsyra (HF), vilket innebär miljö- och säkerhetsproblem.
I denna avhandling presenteras en grön och skalbar termokemisk metod för att framställa porösa kiselmikropartiklar med hjälp av urea-baserad etsning. Processen kombinerar kemisk reaktivitet och mekanisk stress från ureas fasövergångar vid förhöjd temperatur och ger mesoporösa strukturer samtidigt som kristalliniteten bevaras. Under gynnsamma förhållanden uppnåddes ytor på upp till ~27 m2 g-1, och analyser visade stabiliserande Si–O, och Si–N-bindningar vid ytan. Poröst kisel införlivades i grafitkompositer för elektrokemiska tester. Elektroder med 10-20 vikt% kisel uppvisade stabila kapaciteter på 630-880 mAh g-1 efter 100 cykler vid 0,1C, med coulombiska verkningsgrader över 98 %. Detta är mer än dubbelt så mycket som obehandlat kisel och nästan tre gånger så mycket som ren grafit. Högre kiselhalter ledde däremot till försämrad stabilitet. Vid hastighetstester behölls 65-74 % av kapaciteten vid 2C, vilket visar god effekt, och cyklingsprestanda.
Arbetet visar att urea-baserad porosifiering är en hållbar metod för att producera funktionella kiselanoder. Framtida studier kommer att fokusera på att optimera poröst kisel som ett fristående aktivt material samt genomföra post mortem-analyser för att förstå degraderingsmekanismer och porositetens betydelse.