Des chercheurs présentent les progrès récents et les défis posés par les matériaux d'anode à base de silicium pour les batteries lithium-ion
Les recherches menées ces dernières années montrent que plusieurs modifications chimiques (liants, matériaux composites et électrolytes) assurent une stabilité supérieure et améliorent les performances électrochimiques des anodes à base de Si dans les batteries lithium-ion (LIB). Jusqu'à présent, plusieurs interactions chimiques différentes sur les modifications structurelles des matériaux d'anode à base de Si ont été essayées pour améliorer la cinétique du Li+, la stabilité structurelle et le contrôle du développement du volume tout au long du processus de délithiation/lithiation.
L'importance des anodes à base de silicium dans les batteries lithium-ion, en mettant l'accent sur l'amélioration de leurs performances grâce à des modifications impliquant des liants, des revêtements, des composites et des électrolytes.
Li Wang, Jianping Yang, Donghua University, Shanghai, China
Malgré des avancées significatives, les électrodes à base de Si et de Si n'en sont encore qu'à leurs débuts et sont encore loin de trouver une utilisation pratique généralisée. Les anodes à base de Si se heurtent à certaines difficultés, notamment l'augmentation substantielle du volume, l'ICE plus faible et la capacité surfacique limitée. Des approches telles que l'ingénierie des matériaux, l'ingénierie des surfaces/interfaces et l'optimisation des liants/électrolytes peuvent être utilisées pour remédier à ces inconvénients. Une équipe de chercheurs a résumé les progrès considérables des matériaux d'anode à base de silicium pour les batteries lithium-ion. Leurs travaux sont publiés dans Industrial Chemistry & Materials le 28 décembre 2023.
"Le développement d'une fabrication facile et peu coûteuse de matériaux d'anode à base de silicium pour les batteries lithium-ion est crucial pour résoudre le problème de l'expansion volumique importante et de sa conductivité électrique plus faible, de sa réaction cinétique incohérente et de son ICE relativement faible", a déclaré Jianping Yang, professeur à l'université de Donghua, en Chine. "Dans cette revue, nous avons systématiquement discuté du développement récent des matériaux d'anode à base de silicium en fonction des préoccupations et des défis vitaux concernant l'efficacité des stratégies actuelles, l'énorme résultat électrochimique apporté par l'utilisation de liants, de composites et d'électrolytes liquides avec des résultats remarquables attendus sont présentés comme des solutions. Nous avons également fourni des perspectives sur les matériaux à base de Si pour les LIB en vue du potentiel de commercialisation future des anodes à base de Si, ainsi que leurs principales préoccupations.
"Dans le cas des liants, l'impact du liant sur le matériau d'anode à base de Si est insignifiant. Pour développer un nouveau type de liant, il est prévu d'élargir la demi-cellule à la cellule complète des LIB afin de divulguer l'impact de manière appropriée. Étant donné que les cellules entières des piles à lithium-ion ont moins d'excédent d'ions Li-ion, elles pourraient constituer une nouvelle perspective pour améliorer les performances des piles à lithium-ion. Le processus de synthèse des liants actuels est compliqué, ce qui empêche de les commercialiser et de les améliorer. En outre, les performances de la capacité ICE et de la capacité réversible doivent être élevées pour le nouveau liant développé par rapport aux liants traditionnels. En outre, le nouveau liant devrait être adaptable non seulement à une anode à base de Si, mais aussi à des matériaux d'anode à base de graphite".
"Les composites hybrides qui dopent le Si avec d'autres matériaux pourraient être une option viable qui améliore la conductivité, assure une intégrité structurelle suffisante, améliore la densité de prise et la capacité surfacique, et enfin stabilise la formation de SEI. Lors de la préparation des composites hybrides, la morphologie, la dimension des particules et le revêtement pourraient être pris en compte pour répondre aux exigences les plus strictes.
"Les matériaux d'anode à base de Si ont connu des progrès constants ces dernières années", explique Li Wang, professeur associé à l'université de Donghua, en Chine. "Les électrolytes, comparés aux électrolytes liquides couramment utilisés, se sont révélés très prometteurs pour améliorer les résultats des anodes à base de Si. Outre les électrolytes liquides nouvellement conçus, les électrolytes à l'état solide devraient avoir des propriétés physiques et électrochimiques appropriées, ainsi qu'un coût, une énergie, une sécurité et une incombustibilité qui pourraient être intéressants à étudier dans l'anode à base de silicium des piles à combustible. Il est grand temps de faire des mesures de sécurité une priorité lors des nouvelles découvertes", a déclaré Gazi Farhan Ishraque Toki, premier auteur de cette revue.
Il existe encore un vaste champ d'application pour une nouvelle stratégie d'architecture des matériaux d'anode à base de Si. Outre les expériences, il existe des logiciels de calcul tels que COMSOL Multiphysics, ANSYS simulation, etc. pour l'analyse théorique qui pourraient être un complément bénéfique pour des anodes à base de Si efficaces dans les piles à combustible. Avec les données expérimentales, nous pouvons analyser de nombreuses optimisations pour obtenir la bonne configuration des liants, des composites et des électrolytes à partir d'une variation de leur configuration avec les résultats expérimentaux.
"Dans cette revue, notre principal objectif est de fournir aux lecteurs les dernières avancées de la recherche et les stratégies de conception des matériaux dans ce domaine", a déclaré Jianping Yang.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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