Genopladelige litium-ion batterier kan fremstilles af genbrugs-silicium
Silicium nanotråde fremstillet ud fra brugte computerchips, kan fungere som anode i litium-ion batterier. Af Sascha Louring.
Silicium har et stort potentiale som anode-materiale i litium-ion batterier, eftersom det absorberer ti gange mere litium end det kulstof, som normalt anvendes. Dog nedbrydes silicium-anoder hurtigt, eftersom siliciummet udvider sig og trækker sig sammen i takt med at batteriet oplades og aflades.
Forskere fra Rice University i Texas og Université catholique de Louvain i Belgien har fundet en metode, hvorved anoder til litium-ion batterier kan fremstilles af silicium nanotråde. Mellemrummene mellem silicium nanotrådene giver dem plads til at udvide sig og trække sig sammen, uden at anoden ødelægges.
Til metoden anvendes en vandig opløsning med en masse små plastkugler. Plastkuglerne samler sig selv i et ensartet mønster på vandoverfladen, hvorved energien af systemet minimeres. De ordnede plastkugler lægges ovenpå et tyndt stykke silicium (f.eks. fra en brugt computerchip), hvorefter det hele belægges med et tyndt lag af guld. Der hvor plastkuglerne ligger, skærmer siliciummet for guldet, så når plastkuglerne fjernes, har man et stykke silicium belagt med en hullet guldmaske.
Figur 1: Når det silicium, som er i kontakt med guldmasken, er ætset væk, står der en skov af silicium nanotråde tilbage.
Ved hjælp af en avanceret ætsemetode vil det silicium, som er i kontakt med guldmasken, opløses, således at det resterende silicium danner lange nanotråde (se figur 1). Nanotrådene belægges dernæst med et tyndt, porøst kobberlag, hvorefter mellemrummene mellem nanotrådene fyldes op med en blød elektrolyt (se infoboks). Til sidst lægges et katode-materiale på toppen af konstruktionen, som efterfølgende skæres fri af guldmasken og det resterende silicium (se figur 2).
| Infoboks: En elektrolyt er et stof, der indeholder frie ioner, som gør stoffet ledende. En elektrolyt kan være flydende, blød eller fast. | |
Forskerne har demonstreret, at de ved hjælp af den nye metode kan fremstille et 3,4 V batteri, som kan oplades og aflades adskillelige gange. Da nanotrådene kan fremstilles ud fra brugte siliciumchips (f.eks. computerchips) giver denne metode mulighed for at genanvende silicium, som store dele af vores elektronik er baseret på.
Figur 2: Anode-elektrolyt-katode anordningen skæres væk fra den hullede guldmaske, og rulles sammen. Guldmasken og det resterende silicium genanvendes til at producere flere anoder. Processen kan gentages indtil alt siliciummet er opbrugt.
Kilde: http://phys.org/news/2012-09-silicon-life-lithium-ion-batteries.html