Ny metod kan förbättra framtida batterier
I sin forskning har doktoranden Rohan Patil identifierat en ny metod för att framställa kiselnanopartiklar till kisel-grafitanoder för batterier. Resultaten, som kan bidra till litiumjonbatterier med högre kapacitet, kommer att presenteras vid hans disputation den 12 juni.
Utmaningen är att kisel expanderar kraftigt vid laddning och urladdning. Med tiden kan detta leda till att materialet spricker och bryts ned, vilket försämrar batteriets prestanda och livslängd.
I sin doktorandforskning vid Mittuniversitetet har Rohan Patil undersökt ett sätt att hantera detta problem genom att omvandla kisel till nanopartiklar och kombinera dem med grafit. Resultatet är ett kompositanodmaterial som är utformat för att förena kisels höga kapacitet att lagra litium med grafitens stabilitet och välbeprövade egenskaper.
– Kisel är vanligt förekommande, miljövänligt och används redan i stor utsträckning inom industrin. Om vi kan kontrollera dess struktur på nanonivå blir det ett mycket attraktivt material för framtidens batteriteknik, säger Rohan Patil.
Oväntat fenomen
Forskningen inleddes med försök att skapa en porös kisel-grafitstruktur som skulle kunna hantera kisels expansion under batteriets drift. Under experimenten upptäckte forskarna ett oväntat fenomen: kislet bröts ned till nanopartiklar.
Efter omfattande studier fann Patil och hans kollegor att väte spelar en avgörande roll i processen. Deras experiment visade att kiselnanopartiklar endast bildades under specifika förhållanden och att väte var nödvändigt för att reaktionen skulle äga rum.
Att förstå denna mekanism blev en av projektets centrala utmaningar.
– Vi visste att processen fungerade, men att förstå exakt hur nanopartiklarna bildades var betydligt svårare. Att identifiera de nödvändiga förutsättningarna och vätets roll var en stor del av forskningen, säger Rohan Patil.
Forskarna observerade också förändringar på kiselytan när väte var närvarande, vilket gav viktiga ledtrådar till hur nanopartiklarna bildas.
Fortsatta studier för att öka produktionsvolymerna
Ett viktigt mål med Rohan Patils forskning har varit att utveckla en metod som på sikt kan integreras i industriella tillverkningsprocesser. Forskargruppen har identifierat de parametrar som krävs för att producera nanopartiklarna, men ytterligare arbete behövs för att öka produktionsvolymerna och få bättre kontroll över partiklarnas storlek och fördelning.
– Vi vet nu att kiselpulver och väte är avgörande komponenter i processen. Nästa steg är att studera reaktionen medan den sker, så att vi kan optimera den för olika tillämpningar, säger Rohan Patil.
Även om arbetet fokuserar på anoder för litiumjonbatterier kan resultaten få användning även utanför energilagringsområdet, bland annat inom solenergi och andra tekniker som bygger på avancerade kiselmaterial.
Välkommen till disputationen
Den 12 juni 2026 kommer Rohan Patil att försvara sin doktorsavhandling, A Two-Pot Furnace Approach to Silicon Nanoparticle-Graphite Composite Anodes in Lithium-Ion Batteries, vid Mittuniversitetet. Disputationen äger rum klockan 09.00 i sal O102 på Campus Sundsvall och kan även följas digitalt via Zoom.