В последнее время кремний часто рассматривается как материал анодов литий-ионных батарей благодаря высокой теоретической емкости 4140 мАч/г (это намного больше емкости применяемого в настоящее время графита – 372 мАч/г). Однако при внедрении лития в структуру кремния происходит значительное изменение удельного объема материала (более 300%), что на практике означает разрушение анода и выход элемента питания из строя.
Для решения этой проблемы можно использовать композит Si/С, в котором углеродная фаза практически не меняет объем и обеспечивает электрический контакт. Но пока зарядная емкость таких материалов не превышает 1500 мАч/г. Другим подходом является изготовление специальных кремниевых структур, которые не разрушаются при циклировании. Например, материал из нанопроводов может обладать емкостью 3500 мАч/г, но при этом ток разряда очень мал. К тому же, эти результаты вызывают сомнения у читателей сайта Нанометр.
Корейские исследователи синтезировали пористый материал на основе кремния, который отлично проявил себя в роли анодного материала. Для этого сферические частицы SiO2 диспергировались в кремниевом геле, потом полученная смесь отжигалась в аргоне, после чего SiO2 вытравливался плавиковой кислотой. В результате получился пористый кремний, покрытый 10-нанометровым слоем аморфного углерода.
Диаметр пор составил около 200 нм, а толщина стенки – 40 нм. Такая структура успешно выдерживает механические напряжения, возникающие при интеркаляции лития. Поры выступают в роли буфера, за счет которого стенки могут значительно увеличивать свою толщину. Даже после 100 циклов емкость материала превысила 2800 мАч/г при токе разряда 1С.
Работа «Three-Dimensional Porous Silicon Particles for Use in High-Performance Lithium Secondary Batteries» опубликована в журнале Angewandte Chemie.
