Ein Forschungsteam der Sejong University hat kürzlich eine freistehende Siliziumanode entwickelt, die das Problem der Rissbildung in Silizium aufgrund starker Volumenänderungen während des Ladens und Entladens lösen soll. Die entsprechenden Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Advanced Fiber Materials“ veröffentlicht.
Das Forschungsteam entwarf eine freistehende Siliziumanode, die Kohlenstoff-Nanofasern als strukturelles Gerüst und leitfähiges Skelett nutzt. Durch eine Hydrolyse-Kondensationsreaktion bildete sich Silizium entlang des Kohlenstoff-Nanofasernetzwerks und formte eine konforme Si/SiOx-Grenzfläche. Mikroskopische Analysen zeigten, dass die siliziumhaltige Schicht eine dünne, kontinuierliche Hülle um den Faser-Kern bildet, wodurch die Verbindung zwischen den Fasern und die Ionenleitkanäle erhalten bleiben. In elektrochemischen Tests lieferte diese freistehende Siliziumanode eine spezifische Kapazität von 727,1 mAh/g bei einer Stromdichte von 0,1 A/g und behielt nach 2000 Zyklen bei einer hohen Rate von 1 A/g eine Kapazitätserhaltungsrate von 79,8 %. In einer Vollzelle, gepaart mit einer NCM622-Kathode, betrug die Kapazitätserhaltungsrate nach 300 Zyklen 91,6 %, wobei der Ladungstransferwiderstand mit der Zyklenzahl abnahm.
Professor Yang Hyun-Woo erklärte: „Kohlenstoff-Nanofasern werden nicht nur als Träger, sondern auch als strukturelles und leitfähiges Skelett für die freistehende Siliziumanode verwendet.“ Professor Kim Sun-Jae fügte hinzu: „Siliziumanoden waren lange Zeit durch strukturellen Abbau bei wiederholten Zyklen eingeschränkt. Diese Studie schlägt einen neuen Weg vor, um dieses Problem zu überwinden.“
Das Design der freistehenden Siliziumanode eignet sich für Anwendungen, die schnelles Laden und eine lange Lebensdauer erfordern, wie Elektrofahrzeuge und Energiespeichersysteme.
Weitere Informationen: Autoren: Hyeon-Woo Yang et al., Titel: „CNF-gestützte freistehende Si-Anode mit konformer granulärer Si/SiOx-Grenzfläche für Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Rate und langer Lebensdauer“, veröffentlicht in: Advanced Fiber Materials (2026).
