toebehoren

In de zoektocht naar meer energie in een kleine behuizing (energie dichtheid) gekoppeld aan de opdracht dit te realiseren zonder al te veel druk op het milieu, is er mogelijk een oplossing gevonden in silicium-koolstofaccu’s.

Een silicium-koolstofaccu is een type lithium-ionaccu waarbij silicium en koolstofmaterialen worden gebruikt in de anode. Deze combinatie verbetert de energiedichtheid, levensduur en algehele prestaties van de accu in vergelijking met traditionele lithium-ion-accu’s, die meestal grafiet gebruiken voor de anode. (voorbeeld)

Belangrijkste voordelen van silicium-koolstofaccu’s

• Hogere energiedichtheid
  Silicium kan ongeveer tien keer meer lithiumionen opslaan dan grafiet, waardoor de energiedichtheid aanzienlijk toeneemt.
• Verbeterde prestaties
  Het koolstofmateriaal helpt het silicium te stabiliseren, waardoor problemen zoals volume-uitzetting tijdens opladen en ontladen, die anders de batterij kunnen aantasten, worden beperkt.
• Langere levensduur
  De combinatie van silicium en koolstof verbetert de structurele stabiliteit (chemisch), waardoor de levensduur van de batterij toeneemt.
• Snel opladen
  De materialen die worden gebruikt in silicium-koolstofanoden zorgen voor snellere lithiumiondiffusie, waardoor de accu sneller kan worden opgeladen.

Nadelen

• Volume-expansie
  Silicium zet tot 300% uit wanneer het lithium absorbeert, wat leidt tot spanning, barsten en degradatie van de elektrode tijdens herhaalde laadcycli.
• Kortere levensduur
  Door uitzetting en inkrimping hebben Si-C accu’s de neiging sneller te degraderen (mechanisch) dan traditionele lithium-ion accu’s op basis van grafiet.
• Hogere kosten
  De productie van anodes op basis van silicium is duurder vanwege de uitdagingen bij de materiaalverwerking en de noodzaak van nanostructurering om uitzettingsproblemen te beperken.
• Complexe productie
  De integratie van silicium in anoden vereist geavanceerde technische oplossingen (zoals coatings of nanostructurering), wat massaproductie moeilijker maakt.

Gevaren en veiligheidsrisico’s

• Structurele instabiliteit
  Barsten en loslatende deeltjes kunnen leiden tot slechte geleiding, waardoor de batterij minder goed presteert en minder lang meegaat.
• Groei van SEI-lagen
  De vorming van een interface van vaste elektrolyten (SEI) is belangrijker op silicium, waardoor lithium wordt verbruikt en de efficiëntie afneemt.
• Kans op thermische runaway
  Als er niet goed mee wordt omgegaan, kunnen Si-C accu’s overmatige hitte genereren, waardoor het risico op thermische runaway toeneemt, wat kan leiden tot brand of explosies. (dit geldt eigenlijk voor alle lithium-ionaccu’s) The dangers of lithium-ion batteries
• Risico op lithiumplating
  Tijdens snelladen kan lithium zich ongelijkmatig afzetten op het siliciumoppervlak, waardoor dendrietvorming ontstaat, wat het risico op kortsluiting verhoogt.

Mogelijke oplossingen

• Hybride silicium-grafietmengsels – Het mengen van silicium met grafiet vermindert de uitzettingseffecten.
• Nanostructurering en coatings – Gebruik van nanodraden, coatings of composieten om de stabiliteit te verbeteren.
• Geavanceerde elektrolyten – Ontwikkeling van betere elektrolyten om expansie tegen te gaan en de levensduur te verlengen.

Toepassingen
Silicium-koolstofaccu’s worden onderzocht voor gebruik in

• Elektrische voertuigen (EV’s), waar een hogere energiedichtheid en een groter bereik van cruciaal belang zijn.
• Consumentenelektronica, zoals smartphones, camera’s en laptops.
• Opslagsystemen voor hernieuwbare energie.

Met voortdurend onderzoek en ontwikkeling hebben silicium-koolstofaccu’s het potentieel om een revolutie teweeg te brengen op de markt voor energieopslag door een hogere capaciteit en betere prestaties te leveren.

https://www.oneplus.com/nl/buy-oneplus-watch-3