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As demand in the electric vehicle market increases, the development of high capacity, high energy density lithium-ion batteries (LIBs) is required. Silicon has a extremely high theoretical capacity of 4200 mAh/g, but low cycle life and structural instability due to high volume expansion during charging and discharging are critical issue to solve. A reduced silicon oxide has also a high theoretical capacity of 2500 mAh/g and recently studied extensively for its low-cost, superior cycle life, and structural stability.
In this study, we first synstheized SiO₂ particles by sol-gel method using tetraethyl orthosilicate (TEOS) precursor. The SiO₂ particle size was controlled with an average particle size of 300-600 nm by the addition amount of TEOS, NH₃, and H₂O. The synthesized SiO₂ particles were reduced to SiOx through the magnesiothermic reduction reaction (MRR), and electrochemical characteristics were evaluated according to the particle size of SiOx.
For electrochemical characterization, SiOx (10 wt.%) was mixed with graphite, and 2032 half cells were fabricated to obtain charge-discharge curve, cycle performance, rate performance, and electrochemical impedance spectroscopy curves. As a result, the mean size of SiOx particle decreases from 600 to 300 nm, the initial discharge capacity increases from 459.9 to 556.5 mAh/g with the single capacity from 1359.4 to 2325.3 mAh/g, respectively. Finally, the present result shows the availability of MRR process to obtain reduced silicon oxide particles and sized dependent electrochemical properties to develop high capacity and high energy density LIBs.
In this study, we first synstheized SiO₂ particles by sol-gel method using tetraethyl orthosilicate (TEOS) precursor. The SiO₂ particle size was controlled with an average particle size of 300-600 nm by the addition amount of TEOS, NH₃, and H₂O. The synthesized SiO₂ particles were reduced to SiOx through the magnesiothermic reduction reaction (MRR), and electrochemical characteristics were evaluated according to the particle size of SiOx.
For electrochemical characterization, SiOx (10 wt.%) was mixed with graphite, and 2032 half cells were fabricated to obtain charge-discharge curve, cycle performance, rate performance, and electrochemical impedance spectroscopy curves. As a result, the mean size of SiOx particle decreases from 600 to 300 nm, the initial discharge capacity increases from 459.9 to 556.5 mAh/g with the single capacity from 1359.4 to 2325.3 mAh/g, respectively. Finally, the present result shows the availability of MRR process to obtain reduced silicon oxide particles and sized dependent electrochemical properties to develop high capacity and high energy density LIBs.
목차
Abstract
1. 서론
2. 실험 방법
3. 결과 및 고찰
4. 결론
References
참고문헌 (27)
참고문헌 신청
M. Li, J. Lu, Z. Chen, K. Amine, 30 years of lithium-ion batteries, Advanced Materials, 30 (2018) 1800561.
P.U. Nzereogu, A.D. Omah, F.I. Ezema, E.I. Iwuoha, A.C. Nwanya, Anode materials for lithium-ion batteries: a review, Applied Surface Science Advances, 9 (2022) 100233.
M.H. Hossain, M.A. Chowdhury, N. Hossain, Md.A. Islam, Md.H. Mobarak, Advances of lithium-ion batteries anode materials - a review, Chemical Engineering Journal Advances, 16 (2023) 100569.
J.W. Choi, D. Aurbach, Promise and reality of post-lithium-ion batteries with high energy densities, Nature Reviews Materials, 1 (2016) 1-16.
L. Ji, Z. Lin, M. Alcoutlabi, X. Zhang, Recent developments in nanostructured anode materials for rechargeable lithium-ion batteries, Energy & Environmental Science, 4 (2011) 2682–2699.
P.U. Nzereogu, A.D. Omah, F.I. Ezema, E.I. Iwuoha, A.C. Nwanya, Anode materials for lithium-ion batteries: a review, Applied Surface Science Advances, 9 (2022) 100233.
M.H. Hossain, M.A. Chowdhury, N. Hossain, Md.A. Islam, Md.H. Mobarak, Advances of lithium-ion batteries anode materials - a review, Chemical Engineering Journal Advances, 16 (2023) 100569.
J.W. Choi, D. Aurbach, Promise and reality of post-lithium-ion batteries with high energy densities, Nature Reviews Materials, 1 (2016) 1-16.
L. Ji, Z. Lin, M. Alcoutlabi, X. Zhang, Recent developments in nanostructured anode materials for rechargeable lithium-ion batteries, Energy & Environmental Science, 4 (2011) 2682–2699.
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