In einer kürzlich im Journal of The Electrochemical Society veröffentlichten Studie präsentieren Jonas Dickmanns und Moritz Bock vom Lehrstuhl für Technische Elektrochemie der TUM eine Vollzellenanalyse von Silizium-Kohlenstoff-Komposit- (Si/C), Graphit- und mikroskaligen Siliziumanoden in Kombination mit NCA-Kathoden. Die Arbeit adressiert eine zentrale Herausforderung der Lithium-Ionen-Batterieentwicklung: die Steigerung der Energiedichte bei gleichzeitig hoher Schnellladefähigkeit und langer Lebensdauer.
Während Silizium im Vergleich zu Graphit deutlich höhere spezifische Kapazitäten bietet, haben die starke Volumenexpansion und die daraus resultierende schnelle Degradation eine breite Anwendung bislang begrenzt. In dieser Studie wird eine neuartige Si/C-Kompositanode, bei der Silizium in eine Kohlenstoff-Wirtsstruktur infiltriert ist, untersucht und unter realistischen Vollzellenbedingungen mit Graphit- und siliziumdominierten Anoden verglichen.
🔗 Der vollständige Artikel ist Open Access verfügbar:
https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1945-7111/ae2958
💡 Highlights der Arbeit:
- Synthese und elektrochemische Charakterisierung einer Silizium-Kohlenstoff-Kompositanode.
- Vergleichende Vollzellenuntersuchung von Graphit-, siliziumdominierten und Si/C-Anoden mit NCA-Kathoden.
- Nachweis einer verbesserten Schnellladefähigkeit siliziumhaltiger Anoden ohne Lithiumabscheidung.
- Deutlich erhöhte Zyklenlebensdauer der Si/C-Anode (~650 Zyklen bis 80 % Kapazitätserhalt) gegenüber siliziumdominierten Anoden bei gleichzeitig hohen Energiedichtegewinnen.
- Prognostizierte gravimetrische und volumetrische Energiedichtesteigerungen auf Zellebene von ~7 % bzw. ~16 % im Vergleich zu Graphitanoden.