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Batterie Li-ione innovative con anodi al silicio: studio di elettroliti additivati con carbonati = Innovative Li-ion batteries with silicon anodes: study of electrolytes with carbonates additives

Anna Mangini

Batterie Li-ione innovative con anodi al silicio: studio di elettroliti additivati con carbonati = Innovative Li-ion batteries with silicon anodes: study of electrolytes with carbonates additives.

Rel. Silvia Bodoardo, Mojtaba Alidoost. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Ingegneria Chimica E Dei Processi Sostenibili, 2020

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Abstract:

Un elettrolita innovativo per materiali anodici al silicio, caratterizzati da una capacità specifica teorica decuplicata rispetto alla grafite, è stato caratterizzato e testato in confronto ad un elettrolita più comunemente usato per le batterie al silicio, denominato Standard (STD). Il nuovo elettrolita è stato ideato partendo dalla miscela tipica delle celle litio-zolfo, nell’ottica di cercare un elettrolita adatto ad entrambi i materiali per la realizzazione di una futura cella Si-S. È stato aggiunto l’additivo FEC in 5% in peso a seguito di varie prove di ciclaggio e conducibilità a diverse temperature, mentre l’elettrolita STD presenta 1%wt. di VC. Sono state svolte diverse caratterizzazioni chimiche ed elettrochimiche per confrontare i due elettroliti. Questi sono stati testati in semicelle con litio metallico e il materiale anodico al silicio. Gli svantaggi intrinsechi di questo materiale, l’elevato incremento di volume del silicio durante la litiazione (circa del 300% di quello iniziale) e la non sufficiente conducibilità, sono stati mitigati sintetizzando un materiale composto da nanoparticelle di silicio parzialmente ossidato, inglobate in una matrice carboniosa ottenuta dalla pirolisi delle nano spugne a base β-ciclodestrine ed avvolte in ossido di grafene ridotto. Sono stati evidenziati diversi vantaggi nell’uso della nuova soluzione con FEC. La capacità specifica supera i 2000 mAh/g(Si) e si attesta a valori maggiori rispetto quella ottenibile dall’elettrolita STD per un elevato numero di cicli di carica e scarica. I risultati delle caratterizzazioni, tra cui la Voltammetria Ciclica, mostrano una effettiva attivazione del silicio. Il SEI (Solid Electrolyte Interface) layer è stato studiato attraverso prove di Spettroscopie di Impedenza Elettrochimiche e la loro modellizzazione ad un circuito equivalente; il sistema con l’elettrolita FEC risulta essere più stabile ed efficiente rispetto la miscela STD. Prove analoghe svolte sul materiale elettrodico privo di silicio confermano i miglioramenti apportati dal nuovo elettrolita.

Relators: Silvia Bodoardo, Mojtaba Alidoost
Academic year: 2020/21
Publication type: Electronic
Number of Pages: 130
Subjects:
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Ingegneria Chimica E Dei Processi Sostenibili
Classe di laurea: New organization > Master science > LM-22 - CHEMICAL ENGINEERING
Ente in cotutela: CTH - Chalmers Tekniska Hogskola AB (SVEZIA)
Aziende collaboratrici: UNSPECIFIED
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/16301
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