Disputation i teknisk fysik med Rohan Patil

Datum: 12 juni 2026, kl 09:00

Lokal: O102 Campus Sundsvall och digitalt via Zoom

Avhandlingens titel: ”A Two-Pot Furnace Synthesis of Silicon Nanoparticle Graphite composite anodes for Lithium-Ion Batteries".

Respondent: Rohan Patil

Huvudhandledare och ordförande: Docent Jonas Örtegren, Mittuniversitetet

Opponent: Professor Ann Mari Svensson, Norwegian University of Science and Technology, NTNU

Betygsnämnd:

Professor Rakel Wreland Lindström, KTH

Docent Eduardo Gracia, Umeå universitet

Docent Fritiof Nilsson, Mittuniversitetet 

Delta via Zoom

Abstract

Litiumjonbatterier är avgörande för omställningen till ett hållbart energisamhälle och driver allt från bärbar elektronik till elfordon. För att möta den ständigt växande efterfrågan på högre energidensitet har kisel framträtt som ett av de mest lovande alternativa anodmaterialen på grund av dess exceptionellt höga teoretiska kapacitet (upp till 4200 mAh g⁻¹), vilket är nästan tio gånger högre än för konventionella grafitanoder. Emellertid orsakar den massiva volymexpansionen (~300–400%) hos kisel under litiering allvarliga mekaniska spänningar, partikelsönderdelning och snabb kapacitetsförlust, vilket begränsar dess kommersiella gångbarhet.

Denna avhandling syftar till att utveckla säkra, kostnadseffektiva och skalbara kiselbaserade anodmaterial genom att konstruera nanostrukturerade kisel-grafitkompositer och klargöra deras grundläggande tillväxtmekanismer. Arbetet har fortskridit stegvis, med utgångspunkt i en termisk en-kärlssyntes (one-pot) av en mycket stabil kisel nanografit aerogelkomposit (SNGA). Morfologisk analys påvisade in situ-tillväxt av kiselnanopartiklar direkt på nanografitflak, vilket effektivt dämpar volymexpansionen under cykling. För att bättre förstå och kontrollera denna nanopartikel bildning utvecklades en två-kärls ugnsmetod (two-pot), som framgångsrikt separerade genereringen av prekursorer från deponeringen av nanopartiklar. Detta vätgasassisterade tillvägagångssätt eliminerar behovet av mycket giftiga prekursorgaser som annars är typiska för kemisk ångdeponering.

Genom att systematiskt undersöka termodynamiska och kinetiska parametrar, inklusive temperatur, gasflödeshastighet och uppehållstid, kunde den bakomliggande tillväxtmekanismen identifieras. Elektrokemisk utvärdering av de resulterande bindemedelsfria kompositelektroderna och urladdningscykling bekräftade deras strukturella integritet och elektrokemiska stabilitet. De resultat som presenteras i denna avhandling erbjuder en framkomlig väg för produktion av högkapacitetsanoder för litiumjonbatterier baserade på kiselnanopartiklar.

Länk till avhandlingen i Diva

Read more about the research presented by Rohan Patil in his doctoral thesis.