奧地利AIT啟動基于硅和硫化錫的負(fù)極材料研究
在RESTINA研究項目中，歐洲多家機(jī)構(gòu)正在開發(fā)一種全新的電池負(fù)極材料。由奧地利技術(shù)研究院（AIT）牽頭的聯(lián)盟正致力于將硅的高比容量與錫化合物的良好導(dǎo)電性結(jié)合起來，打造一種全新的復(fù)合材料。
RESTINA項目全稱為“面向第三代b型鋰離子電池的回收硅/硫化錫納米復(fù)合負(fù)極材料”（Recovered Silicon / Tin Sulphide Nanocomposite Anode Materials for Generation 3b Lithium Ion Batteries）。項目旨在為第三代b型鋰離子電池開發(fā)高性能、環(huán)保的負(fù)極材料。與當(dāng)前電動汽車所用電池相比，這類電池?fù)碛懈叩哪芰棵芏?、更?yōu)的電池化學(xué)體系以及更先進(jìn)的電池管理系統(tǒng)，同時老化速度更慢，循環(huán)壽命更長。
AIT指出，項目的技術(shù)核心在于將回收硅（來源為退役光伏組件）與硫化錫（SnS?）制成納米復(fù)合材料。這種創(chuàng)新方法既發(fā)揮了硅的高比容量優(yōu)勢，又利用了錫化合物優(yōu)異的導(dǎo)電性。與此同時，項目伙伴希望將實驗室的基礎(chǔ)概念進(jìn)一步推向工業(yè)化需求，確保技術(shù)創(chuàng)新能夠提升負(fù)極材料的環(huán)境友好性與可持續(xù)性。
AIT高級科學(xué)家、RESTINA項目經(jīng)理Damian Cupid博士表示：“在電池研究中，我們面臨的挑戰(zhàn)是如何將材料性能、工業(yè)可行性和環(huán)境責(zé)任結(jié)合起來。”RESTINA正是采用這種一體化思路：“我們將回收硅與創(chuàng)新材料化學(xué)和可持續(xù)工藝相結(jié)合，開發(fā)面向未來電池的高性能負(fù)極材料。該項目展示了材料研究如何為能源轉(zhuǎn)型做出具體貢獻(xiàn)——從概念到試點電池。”除AIT外，參與項目的還有Frimeco Produktions GmbH、維也納大學(xué)和列日大學(xué)（University of Liège）。
在技術(shù)細(xì)節(jié)方面，RESTINA團(tuán)隊計劃在負(fù)極顆粒界面構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)（“Si/Li?S與Sn/Li?S”），以緩沖活性材料體積變化帶來的機(jī)械應(yīng)力，并提高負(fù)極的長期穩(wěn)定性。通過這種新思路，項目團(tuán)隊希望解決傳統(tǒng)硅基負(fù)極面臨的顆粒破碎、SEI（固態(tài)電解質(zhì)界面）層不穩(wěn)定以及導(dǎo)電性差等難題。
為制備Si/SnS?復(fù)合材料，研究人員正在評估兩種互補(bǔ)且可工業(yè)放大的工藝：使用環(huán)保溶劑的溶劑熱法和所謂的高能球磨。出于對環(huán)境的考量，項目團(tuán)隊還將開發(fā)碳基保護(hù)層以穩(wěn)定顆粒表面。AIT指出：“這些涂層不僅可以在空氣中安全操作（避免H?S等有毒氣體釋放），還能實現(xiàn)電極的水系加工——這是邁向綠色電池技術(shù)的重要一步。”該方案還便于后續(xù)在水介質(zhì)中回收電極材料，且不會產(chǎn)生有害副反應(yīng)。
在AIT內(nèi)部，Si/SnS?納米復(fù)合材料既進(jìn)行實驗室研發(fā)，也被放大到與工業(yè)生產(chǎn)兼容的規(guī)模。此外，結(jié)合鎳基正極材料，團(tuán)隊正在制備容量為2–5 Ah的第三代b型軟包電池。AIT與列日大學(xué)合作，深入研究這些材料的電化學(xué)老化機(jī)理；維也納大學(xué)則提供Si/SnS?體系的相圖、晶體結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)性質(zhì)等基礎(chǔ)研究支持；工業(yè)伙伴Frimeco則在納米復(fù)合材料的可放大合成與涂層技術(shù)方面貢獻(xiàn)其專業(yè)經(jīng)驗。
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