hrvatski

Priprava i testiranje silicijevih anoda za litij ionske galvanske članke

Svrha ovog rada bila je pripraviti silicijeve elektrode te ih testirati za primjenu u litij ionskim baterijama. Silicij je zanimljiv kao potencijalni anodni materijal za primjenu u Li-ion baterijama zbog svojeg velikog teorijskog kapaciteta, ~4000 mA h g-1 i visokog radnog potencijala od 0, 4 V vs Li/Li+. Elektrode su pripravljene miješanjem praha silicija, PVDF veziva i visoko vodljivog ugljika „carbon black“ u omjeru 60:20:20. Od dobivene smjese se napravio tanki film koji je zatim sušen i rezan u konačni oblik elektrode. Dobivene elektrode su spojene kao katode prema litijevoj anodi u „coffee bag“ bateriji. Pripravljene su dvije baterije imenovane „PSi2“ i „PSi4“. Karakterizacija baterija provedena je elektrokemijskim tehnikama cikličke voltametrije (CV) i elektrokemijske impedancijske spektroskopije (EIS). Za bateriju PSi2 proveden je jedan ciklus CV od potencijala otvorenog kruga (OCV) do E=0, 1 V uz brzinu promjene potencijala v=10 mV s-1. EIS se provodio prilikom litiranja i de-litiranja u koracima od 0, 5 V od početnog OCV potencijala do E=0, 1 V i nazad. Za bateriju PSi4 provedeno je 6 ciklusa CV od početnog OCV do E=0, 1V, v=10 mV s-1. EIS za bateriju PSi4 proveden je prije cikličke voltametrije te nakon svakogu od šest ciklusa pri OCV-u tako da je nakon svakog mjerenja impedancije proveden ciklus od OCV do E=0, 1 V i nazad nakon čega je baterija „odmarala“ 3 minute zbog uspostave ravnotežnog stanja. Nakon provedenog ispitivanja snimljene su površine pripravljenih elektroda pomoću pretražnog elektronskog mikroskopa (SEM) . Rezultati ispitivanja CV pokazali su strujne vrhove u katodnom smjeru koji se povezuju s procesom nastanka SEI sloja i procesom litiranja elektrode. U anodnom smjeru se vide strujni vrhovi koji se povezuju sa de-litiranjem elektrode. Primijećeno je smanjenje katodne struje i porast anodne struje svakim provedenim ciklusom. Rezultati EIS pri visokim potencijalima, E > 1, 0 V prikazuju linearni rast imaginarnog i realnog dijela impedancije sa smanjenjem frekvencije. Pri nižim potencijalima, E < 0, 5 V se primjećuje ponašanje karakteristično za litij ionske baterije te kinetički polukrug koji se pripisuje nastanku SEI sloja. Karakterizacija površine je pokazala puknuća u strukturi elektrode koja se mogu pripisati promjeni volumena prilikom litiranja i de-litiranja.

silicij ; anoda ; Li-ion ; baterija ; ciklička voltametrija ; elektrokemijska impedancijska spektroskopija

nije evidentirano