Synthesis and characterization of C/Si type anode nanocomposites for lithium-ion batteries

Ze względu na duży rozwój technologiczny cały czas obserwuje się ogromne zapotrzebowanie na efektywne systemy magazynowania i przetwarzania energii. Z tego powodu wymagane jest zastosowanie systemów magazynujących energię o wysokiej sprawności, jak również wykorzystanie czystych źródeł energii. Istotną rolę odgrywają w tym wypadku ogniwa litowo-jonowe (Li-ion). Pomimo bardzo szerokiego ich wykorzystywania, cały czas trwają badania nad opracowaniem nowych, lepszych materiałów elektrodowych, które doprowadzą do zwiększenia pojemności i wydłużenia żywotności ogniw. Najbardziej obiecującym materiałem anodowym wydaje się być krzem, ze względu na jego dużą pojemność teoretyczną, dużą i łatwą dostępność oraz niską szkodliwość dla środowiska. Jednakże anody krzemowe mają ograniczone zastosowanie ze względu na ogromną zmianę objętości, która powoduje uszkodzenia struktury, a tym samym ostatecznie doprowadza do szybkiego zmniejszenia pojemności. W celu pozbycia się szkodliwych efektów utworzono kompozyty C/Si w skali nanometrycznej i poddano badaniom określającym ich właściwości fizyko- i elektrochemiczne. Przeprowadzone badania wykazały, że najlepszą stabilnością pracy w ogniwie charakteryzował się materiał kompozytowy C/Si otrzymany z TEOS i skrobi ziemniaczanej, a jego pojemność względem metalicznego litu wynosiła w pierwszym cyklu przy rozładowaniu 2026 mAh/g oraz ładowaniu 604 mAh/g.Due to the large technological development, we observe a great demand for efficient energy storage and conversion systems. Because of this reason, high efficient energy storage systems as well as the use of clean energy sources are required. Lithium-ion batteries (Li-ion) play an important role in this case. Despite their broad use, researches try to develop new, better electrode materials that will increase the capacity and extend the cycle life of the battery. The most promising anode material seems to be silicon, due to its very high theoretical capacity, large and easy availability and environmental benignity. However, silicon anodes have limited applicability due to the tremendous volume change that results in structural damage of the electrode and consequently lead to rapid capacity reduction. In order to get rid of harmful effects, nanocrystalline C/Si composites were obtained and subjected to investigations concerning their physico- and electrochemical properties. The performed research has shown that the best C/Si composite material was obtained from TEOS and potato starch. This composite revealed good electrochemical capacity in relation to metallic lithium in the first discharge (2026 mAh/g) and charge processes (604 mAh/g). It was also characterized by the best capacity retention