속보: 붕소 합금 실리콘 양극, 리튬 이온 배터리 수명 3배 연장
|
추상적인
고체 전해질 계면(SEI) 안정화는 실리콘 기반 리튬 이온 배터리 음극의 핵심 과제로 남아 있습니다. 실리콘과 붕소와 같은 이차 원소의 합금은 실리콘 음극의 사이클 수명을 향상시키는 유망한 전략으로 부상했지만, 그 기저 메커니즘은 아직 명확하지 않습니다. 이러한 지식 격차를 해소하기 위해 붕소 농도가 배터리 성능에 미치는 영향을 체계적으로 연구했습니다. 연구 결과는 붕소 함량이 높을수록 사이클 수명이 거의 단조롭게 증가하며, 붕소가 풍부한 전극은 순수 실리콘보다 성능이 훨씬 우수함을 보여줍니다. 또한, 실리콘-붕소 합금 음극은 순수 실리콘보다 거의 세 배 더 긴 수명을 나타냅니다. 상세한 메커니즘 분석을 통해 다른 기여 요인들을 체계적으로 배제했으며, 나노입자 표면의 강력한 영구 쌍극자가 부동태화 개선에 기여하는 것으로 제안되었습니다. 배위 결합이 부족하고 루이스 산도가 높은 붕소에 의해 형성되는 이 쌍극자는 전기화학적 계면을 안정화시키는 정적이고 이온 밀도가 높은 층을 형성하여 기생 전해질 분해를 줄이고 장기적인 안정성을 향상시킵니다. 이러한 결과는 SEI 프레임워크 내에서 전기 이중층이 표면 패시베이션에 중요한 고려 사항임을 시사합니다. 이러한 통찰력은 차세대 리튬 이온 배터리에서 실리콘 음극을 최적화하기 위한 아직 탐구되지 않은 매개변수 공간을 제공합니다.
참조
https://doi.org/10.1002/aenm.202501074