Ett genombrott inom grafen kan göra elbilsbatterier mer långvariga och lagra mer energi

Författare: In Hyuk Son Jong Hwan Park Soonchul Kwon Seongyong Park Mark H. Rümmeli Alicja Bachmatiuk Hyun Jae Song Junhwan Ku Jang Wook Choi Jae-man Choi Seok-Gwang Doo Hyuk Chang Sammanfattning Kisel får märkbar uppmärksamhet som aktivt material för anoder i nästa generations litiumjonbatterier på grund av dess oöverträffade gravimetriska kapacitet. Den stora volymförändringen av kisel under laddnings-urladdningscykler försvagar dock dess konkurrenskraft i termer av volymetrisk energitäthet och livslängd. Här rapporterar vi direkt grafentillväxt över kiselnanopartiklar utan bildning av kiselkarbid. Grafenskikten som fästs på kiselytan tar upp kiselns volymexpansion genom en glidprocess mellan intilliggande grafenskikt. I kombination med ett kommersiellt litiumkoboltoxidkatodmaterial möjliggör den kiselkarbidfria grafenbeläggningen att hela cellen når volymetriska energitätheter på 972 respektive 700 Wh l⁻¹ vid den första respektive 200:e cykeln, vilket är 1,8 respektive 1,5 gånger högre än de nuvarande kommersiella litiumjonbatterierna. Detta resultat tyder på att den tvådimensionella skiktade strukturen hos grafen och dess kiselkarbidfria integration med kisel kan fungera som en prototyp för att utveckla kiseldanoder till en kommersiellt gångbar teknologi. Introduktion Kisels teoretiska gravimetriska kapacitet når nästan 4 000 mAh g⁻¹. Detta oöverträffade värde har stimulerat batteriforskningen att investera betydande forskningsinsatser eftersom den höga gravimetriska kapaciteten möjliggör en avsevärd ökning av energitätheterna hos litiumjonbatterier (LIB), och därmed förverkligande av framtida LIB-applikationer som elfordon. Under det senaste decenniet har en mängd avancerade elektrodstrukturer [6–16] och bindemedelsdesigner [17–19] utvecklats för att lösa kroniska kapacitetsförlustproblem som härrör från kisels stora volymförändring, vilket leder till avsevärt förbättrad cyklingsprestanda även över tusentals cykler. Trots det lovande gravimetriska värdet och betydande framsteg i livslängd har de flesta hittills demonstrerade kiseldanoder primärt fokuserat på den gravimetriska kapaciteten men har inte erbjudit ett liknande löfte i sin volymetriska kapacitet, eftersom befintliga elektroddesigner förlitar sig på fördefinierat tomrum för att ta upp kisels volymexpansion. I många LIB-applikationer, inklusive bärbar elektronik, är dock den volymetriska energitätheten en kritisk parameter för att bestämma batteriets prestanda. Tillsammans med en relativt underlägsen livslängd är svag volymetrisk energitäthet för närvarande en stor flaskhals för att implementera kiseldanoder i kommersiella celler. För att möta denna kritiska efterfrågan måste kiseldanodtekniken omprövas med andra elektroddesigner som erbjuder stabil cyklingsprestanda samtidigt som elektrodvolymen minimeras. Även om en mängd olika kiselmorfologier och deras kompositer med andra ledande material för närvarande finns tillgängliga, är en enkel och skalbar syntes av aktiva kiselkomponenter avgörande för en omedelbar lösning för faktisk tillverkning som kräver kvalitetskontroll av hög standard. Från ett praktiskt applikationsperspektiv, bland ett stort antal gångbara kandidater, skulle användningen av kommersiella kiselnanopartiklar (NPs) med en enkel och effektiv ledande ytbeläggning vara mycket önskvärd. Olika ledande material, inklusive amorf kol (AC), har undersökts som beläggningsmaterial för Si NP-anoder. De flesta av dem misslyckas dock med att leverera stabil långsiktig cyklingsprestanda eftersom de implementerade beläggningsmaterialen inte kan ta upp kisels volymexpansion och därmed spricker upprepade gånger. I ett försök att adressera begränsningen hos tidigare ledande beläggningar samt att uppnå god cyklingsprestanda med en signifikant högre volymetrisk energitäthet, använder vi i denna studie flerskiktad grafen direkt odlad på kiselytan som beläggningsmaterial. Den tvådimensionella (2D) skiktkaraktären hos grafen ger en unik och effektiv drift av kiseldanoder, eftersom flerskiktad grafen kan ta upp kiselns volymexpansion genom en glidprocess mellan intilliggande skikt utan behov av att tillhandahålla tomrum i förväg i den färdigtillverkade elektroden. Dessutom uppvisar den grafenbelagda Si NP-pelleten 12,8 S cm⁻¹ vid ett marginellt grafeninnehåll på 1 vikt% genom ett högt perkolationsnätverk. För att uppnå detta övervinner vi utmaningen att odla grafen direkt på kiselytor utan bildning av kiselkarbid (SiC) genom att utveckla en kemisk ångavsättningsprocess (CVD) som involverar ett milt oxidationsmedel. Bildning av SiC är ödesdiger i kiseldanodoperationer eftersom SiC är en elektrisk isolator med dåliga defektegenskaper. Dessutom reagerar SiC inaktivt med Li-joner och hindrar därmed Li-joners diffusion in i kisel-fasen. Med hjälp av grafenmellanskiktets glidprocess och förbättrad ledningsförmåga når de grafenbelagda Si NP:erna en volymkapacitet på 2 500 mAh cm⁻³ (jämfört med 550 mAh cm⁻³ för kommersiell grafit), det högsta värdet hittills rapporterat för någon LIB-anod, samtidigt som de uppvisar utmärkt cyklings- och hastighetsprestanda. Resultat SiC-fri grafentillväxt på Si Direkt tillväxt av högkvalitativ grafen på Si via CVD-processen har visat sig vara utmanande eftersom typiska grafensyntesförhållanden kräver en reducerande atmosfär som tenderar att ta bort det inhemska SiO₂-lagret från kiselytan och sedan driva en reaktion mellan Si och sönderdelade kolprekursorer för att bilda SiC. Vårt initiala tillvägagångssätt att använda metan (CH₄) som kolprekursor blandat med H₂ kunde faktiskt inte uppnå grafentillväxt på Si NP:erna (kompletterande figur 1), vilket gav endast β-SiC (kompletterande figur 2). För att övervinna denna begränsning inkluderade vi koldioxid (CO₂), ett milt oxidationsmedel, i CVD-processen tillsammans med CH₄ (ref.). Inkluderingen av CO₂ gör det möjligt att undvika bildning av SiC och även att sänka tillväxttemperaturen jämfört med välkänd grafentillväxt på ytan. I vårt experiment, vid 900 °C, var grafentillväxten ofullständig eller inhomogen (kompletterande figur 3), medan grafentillväxt vid 1 100 °C producerade alltför tjocka oxidskikt på kiselytan för effektiv Li-jon diffusion (kompletterande figur 4). Vid en mellantemperatur på 1 000 °C bildades 2–10 skikt av grafen, som visas i transmissionselektronmikroskop (TEM)-bilder (figur 1a,b), vilka tydligt visar den skiktade strukturen samt mellanskiktsavståndet nära 3,4 Å (figur 1b, insats). Närmare granskning indikerar att enskilda skikt är direkt förankrade till kiseldelarnas yta vid deras ändar (röda pilar i figur 1c) och ligger parallellt med kiselytan. Dessa väljusterade grafenskikt kan behålla sin skiktade staplingsstruktur även under litiering genom en glidprocess (figur 1d), vilket ger ett elegant sätt att ta upp kisels volymexpansion. Grafentillväxt har försökt på kiseloxid (SiO₂)-ytor med CH₄ och H₂ (ref.). Grafentillväxten i dessa processer var dock mycket ineffektiv eller undvek inte SiC-bildning. Den ineffektiva tillväxten hänförs till otillräckliga katalytiska platser på SiO₂-ytan. I kontrast, i vår process, genererar CO₂-tillsatsen fler katalytiska platser i form av SiOₓ med vissa defekter. ( ) En TEM-bild med låg förstoring av Gr–Si NP. ( ) En TEM-bild med högre förstoring för samma Gr–Si NP från den vita rutan i . (Insatser) Linjeprofilerna från de två röda rutorna indikerar att mellanskiktsavståndet mellan grafenskikten är cirka 3,4 Å, vilket är i god överensstämmelse med typiska grafenskikt baserade på van der Waals-interaktion. ( ) En TEM-bild med hög förstoring som visualiserar ursprungen (röda pilar) från vilka enskilda grafenskikt växer. ( ) En schematisk illustration som visar glidprocessen av grafenbeläggningsskikten som kan buffra volymexpansionen av kisel. a b a c d Den SiC-fria grafentillväxten verifierades genom analyser i både bulk och på enskilda partiklar. Röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) profiler i Si 2p-bandet (figur 2a) samt röntgendiffraktions (XRD) spektra (kompletterande figur 2) visar inga toppar som motsvarar SiC för grafenbelagd Si (Gr–Si), AC-belagd Si (AC–Si) och orörd Si, i motsats till en kontroll (SiC–Si) prov som syntetiserats genom en CO₂-fri rutt med CH₄ och H₂. Å andra sidan visade en skanningstransmissionselektronmikroskop (STEM) bild med hög vinkel cirkulär mörk fältspridning (HAADF) att Si NP:erna har en kärna-skal-struktur med en ljusare kärna och ett tunt relativt mörkare skal hänförligt till en Si-kärna och en oxidbeläggning (figur 2b). Elektronenergipåverkan spektroskopi (EELS) spektra (figur 2c) erhållna för flera punkter över NP:n visade inga signaler som återspeglar SiC-bildning, vilket bekräftar SiC-fri tillväxt i den nuvarande tillväxtprocessen. Även SiO₂-signaler vid 108 eV detekterades vid punkterna 1 och 2 starkare än de andra punkterna i mitten, vilket antyder att SiO₂-ytan fungerar som katalytiska platser för grafentillväxt. Den ihållande närvaron av SiO₂-ytlagren verifierades också genom XRD (kompletterande figur 2) och EELS (figur 2b,c) karakterisering. ( ) XPS-spektra i Si 2p-bandet för Gr–Si, SiC–Si, AC–Si och orörd Si. ( ) En STEM-bild av en Gr–Si NP. ( ) EELS-spektra för punkterna som anges i . a b c b In situ TEM-analys Vi övergår nu till användningen av Gr–Si som anodmaterial i LIB:er. Litieringen av Gr–Si NP:erna (1 vikt% grafen) övervakades i realtid under deras volymexpansion med hjälp av in situ TEM-analys [29–32]. I det faktiska experimentet placerades vissa Gr–Si-partiklar på en guld (Au)-fixerad elektrod. En andra, men rörlig, elektrod med Li/LiO₂ vid dess spets positionerades för att precis komma i kontakt med Gr–Si NP:erna för att litiera dem (figur 3a). När kontakt med den andra elektroden gjordes började partiklarna svälla (figur 3b). Större detaljer om denna process kan ses i kompletterande figur 5 och kompletterande filmer 1–3. Två typer av expanderande strukturer observerades, nämligen icke-defekta partiklar och defekta partiklar som markerats i figur 3b,c. I fall där grafen fullständigt inkapslar partikeln och saknar uppenbara defekter (figur 3d), ökade diametern med cirka 30% (220% volymexpansion). Vid slutet av litieringen ökade mellanskiktsavståndet för grafenskikten till 3,8 Å, vilket återspeglar Li-interkalering, och den skiktade karaktären hos grafenbeläggningen bevarades runt hela NP:n (figur 3d), vilket antyder en glidprocess mellan skikten som illustrerats i figur 3c. I fall där ett defekt område existerar (se grön cirkel i figur 3a), pulveriseras den inre partikeln vid svällning och brister genom defekten (figur 3e). De observerade distinkta brottbeteendena är osannolikt relaterade till partikelstorlek, eftersom en inkapslad partikel större än den brutna i figur 3 inte brast (se de indikerade partiklarna vid 0 och 40 s i kompletterande figur 5). Dessutom indikerar nyligen gjorda observationer att även mindre kiselpartiklar ( 200 nm (ref.). ( ) Gr–Si NP:er fästa vid ytan av Au-tråd och en andra Li/LiO₂-elektrod. ( ) Samma Gr–Si NP:er efter litiering. ( ) En schematisk sammanfattning av litierade Gr–Si NP:er för både icke-defekt och defekt grafeninkapsling. ( , ) Närbild TEM-bilder för ( ) icke-defekt partikel (den cirkulerad med röd linje i och ) och ( ) defekt partikel (den cirkulerad med blå linje i och ). EELS-spektra i båda fallen bekräftar litieringen. Linjeprofilerna från de röda rutorna i båda fallen visar ökade mellanskiktsavstånd på cirka 3,8 Å, vilket återspeglar litiering in i grafenmellanskiktsutrymmet. a b c d e d a b e a b Lokal EELS-analys under litiering verifierar litieringen av Si i båda fallen genom en suddig Li K-kant nära 55 eV samt Si L-kant vid 100 eV (figur 3d,e; ref.). Lagret som visas på grafens yta i figur 3d hänförs till Li/Li₂O-rest. I huvudsak bevarar grafenskikten integrationen med Si genom sina kemiskt bundna rötter på kiselytan, och samtidigt tillåter glidprocessen att den fåskiktade grafenbeläggningen tar upp kisels volymexpansion. I ett separat ex situ TEM-experiment med Gr–Si LIB-elektroden observerades att det genomsnittliga antalet grafenskikt mätt på olika platser minskade från 9,4 till 5,6 skikt (kompletterande figur 6) efter den första litieringen, vilket återigen bekräftar mellanskiktets glidprocess. Grafeninkapslingen och mellanskiktets glidprocess utövar en klämkraft som hjälper till att bibehålla Si-partikelns integritet under volymexpansion. Denna klämmekanism verkar dock inte påverka Li-diffusionen, eftersom goda specifika kapaciteter uppnås i de elektrokemiska mätningarna. Det är också värt att notera att partiklarnas volymexpansion i stort sett var enhetlig i alla radiella riktningar, även om kontaktpunkten med den andra elektroden är mycket lokaliserad. Detta belyser grafenskiktens benägenhet för homogen Li-jon diffusion in i Si-kärnan (se röda och orange prickade linjer i figur 3a,b). In situ-analysen indikerar också att Li-diffusion genom grafenskikten är ganska snabb, i enlighet med tidigare studier. Det noteras också att den observerade klämningseffekten främst kommer från grafenbeläggningsskikten snarare än från inhemska oxidskikt på ytan, eftersom de ytliga oxidskikten är för tunna för att ha en betydande effekt. Klämningseffekten baserad på ytliga oxidskikt har endast observerats när Si har ihåliga strukturer eller när oxidskikten är mycket tjocka. Ledningsförmåga och elektrokemiska mätningar Efter grafentillväxten blir aktivt materialsammansättningens ledningsförmåga markant förbättrad. När den pressades till en pellet i pulverform uppvisade orörd Si en låg ledningsförmåga på <10⁻⁷ S cm⁻¹, medan även 1 vikt% tillsats av grafen ökade ledningsförmågan anmärkningsvärt till 12,8 S cm⁻¹ (figur 4a). Denna förbättring tillskrivs ett utmärkt perkolationsbeteende hos grafenbeläggningsskikten på ett sådant sätt att 2D-grafenen och dess väljusterade skiktade stapling främjar ett välanslutet ledande nätverk (kompletterande figur 7), och är också i linje med tidigare grafen–polymerkompositer. Ledningsförmågan ökade ytterligare till 38,3 S cm⁻¹ för ett grafeninnehåll på 5 vikt%. ( ) Pelletledningsförmågorna för Gr–Si, AC–Si och Super P–Si vid olika kolinnehåll. ( ) De första litierings-delitieringsprofilerna. Elektrodtjocklekarna för 5 vikt%-Gr–Si, 1 vikt%-Gr–Si, 2 vikt%-AC–Si och orörd Si (Super P 1 vikt%) är 4,5, 5,0, 8,3 respektive 12,3 μm. ( ) Kapacitetsretentionen vid litiering (fylld cirkel) och delitiering (öppen cirkel) för samma fyra prover. Potentialen sveptes inom ett spänningsfönster mellan 0,01 och 1,5 V vid 0,5C. ( ) SEM-bilder sedda uppifrån: 5 vikt%-Gr–Si elektroden (vänster) före och (mitten) efter 200 cykler och (höger) 2 vikt%-AC–Si elektroden efter 200 cykler. ( ) En TEM-bild med hög förstoring av 5 vikt%-Gr–Si efter 200 cykler tagen från den vita rutan i TEM-bilden med låg förstoring (övre insats). Mitteninsats: utvald områdes elektronstrålning som visar amorf natur hos Si efter cykling. Nedre insats: ett linjeprofil från grafenskikten i den röda rutan som visar ett mellanskiktsavstånd på 3,8 Å. ( ) Hastighetsprestanda för 5 vikt%-Gr–Si med olika initiala arealkapaciteter (3,0, 2,0 och 1,0 mAh cm⁻²). a b c d e f Den elektrokemiska prestandan hos Gr–Si NP:erna undersöktes genom att förbereda myntceller där Li-metall fungerar som mot- och referenselektrod. För jämförelse undersöktes, förutom Gr–Si med olika grafininnehåll, även AC–Si och orörd Si. Grafininnehållet kontrollerades genom tillväxttiden medan tillväxttemperaturen fixerades till 1 000 °C. Alla prover uppvisade karakteristiska litierings- och delitieringsplatåer vid 0,1 respektive 0,4 V jämfört med Li/Li⁺ i den första cykeln (figur 4b; 0,05C, 1C=2 000 mA g⁻¹, 0,01–1,5 V jämfört med Li/Li⁺). 5 vikt%-Gr–Si, 1 vikt%-Gr–Si, 2 vikt%-AC–Si och orörd Si uppvisade litierings/delitieringskapaciteter på 2 820/2 340, 2 341/1 629, 3 143/1 160 respektive 3 632/741 mAh g⁻¹, respektive, när kisel och belagt grafen tas med i beräkningen, vilket leder till initiala kumulativa verkningsgrader (CE) på 83%, 69%, 37% respektive 20%. Den låga reversibla kapaciteten och initiala CE för AC–Si hänförs till defekterna i AC-skikten som fångar Li-joner. Grafenbeläggningen gör en drastisk skillnad i cyklingsprestanda (figur 4c och kompletterande figur 8). För en rättvis jämförelse mellan proverna satte vi först arealkapaciteten till 1 mAh cm⁻². Under denna begränsning var kapacitetsförlusten för både 2 vikt%-AC–Si och orörd Si signifikant även för tidiga cykler, vilket indikerar att en enkel AC-beläggning inte är operationell alls. Mellan de två Gr–Si-proverna uppvisade 5 vikt%-Gr–Si bättre prestanda än 1 vikt%-Gr–Si (85% respektive 70% retention efter 200 cykler), vilket antyder att beroende på arealkapaciteten blir grafininnehållet kritiskt. Den lägre retentionen för 1 vikt%-Gr–Si kan förklaras av sporadisk defektbildning som observerats i vår in situ TEM-undersökning baserad på samma grafininnehåll (figur 3e). För 5 vikt% grafenprovet utökades testningen till ännu högre arealkapaciteter upp till 6 mAh cm⁻² (kompletterande figur 8b). För arealkapaciteter på 1, 3 och 6 mAh cm⁻² var kapacitetsretentionerna efter 100 cykler 96%, 91% respektive 43%. Dessa prover levererade också goda CE på 99,6%, 99,3% och 99,4% efter 100 cykler, respektive. Effekten av den konforma grafenbeläggningen på Si NP:ernas strukturella integritet belystes genom post-mortem scanning elektronmikroskop (SEM) och TEM-bilder efter 200 cykler. Även efter 200 cykler visualiserade SEM-bilden av 5 vikt%-Gr–Si enskilda NP:er med tydliga partikelgränser (figur 4d). Däremot visade SEM-bilden av 2 vikt%-AC–Si att fasta elektrolytgränsskikt (SEI) överväxta och begravde enskilda NP:er, vilket indikerar vikten av grafenbeläggningen för stabiliteten hos SEI-skikten. TEM-analyserna (figur 4e och kompletterande figurer 9–11) av 5 vikt%-Gr–Si visualiserade de bevarade enskilda skikten av grafenbeläggningen, vilket bekräftar deras robusta integration med Si NP:er under den upprepade stora volymförändringen igen genom glidprocessen. Dessutom ökade filmtjockleken på 5 vikt%-Gr–Si med 3 mAh cm⁻² med 51,3% (15,0→22,7 μm) efter den första cykeln, vilket är betydligt mindre än (77,4%, 10,2→18,1 μm) för 5 vikt%-Super P-orörd Si, även med hälften av arealspecifika kapaciteten på 1,5 mAh cm⁻². Enligt TEM-bilder efter den första delitieringen (kompletterande figur 10) och den 200:e delitieringen (kompletterande figur 11) förblev mellanskiktsavståndet för grafenskikten cirka 3,8 Å, vilket indikerar att glidprocessen inte är helt reversibel. Dessa fenomen hänförs till en kombinerad effekt av SEI-skiktsbildning och rest-Li-joner mellan grafenskikten, tillsammans med den mindre volymkrympningen under den första delitieringen än volymexpansionen vid den första litieringen. Ändå förblir grafenskikten rotade på kiselytorna och uppfyller kontinuerligt sina ursprungliga roller som ledande medel och buffertmedium för att ta upp kisels volymexpansion. Grafenbeläggningen har också en markant effekt på hastighetsprestandan genom att utnyttja sitt välutvecklade perkolationsnätverk. Även vid en hög arealkapacitet på 3 mAh cm⁻², bibehöll en 20-faldig C-hastighetsökning från 0,5 till 10 C fortfarande 90% av den initiala kapaciteten. Det bör betonas att den direkta grafentillväxten på Si NP:er som används här är fundamentalt annorlunda än tidigare arbeten där en enkel blandning av Si NP:er och reducerad grafenoxid framställs via en lösning process, eftersom i fallet med lösning processer är fullständig inkapsling av Si NP:er inte genomförbar [42–47]. För att kompensera för denna brist måste innehållet av reducerad grafenoxid ökas avsevärt, vilket i sin tur offrar den specifika kapaciteten och CE. Av liknande skäl har ingen av de tidigare beläggningarna av kolnanomaterial framställda via lösning processer uppnått stabil cyklingsprestanda vid arealkapaciteter jämförbara med dem i den nuvarande studien. Gr–Si:s volymkapacitet belystes i jämförelse med teoretiska och kommersiella fall (figur 5a). Volymkapaciteten för 5 vikt%-Gr–Si (för elektroden med 3,0 mAh cm⁻² i figur 4c) sträcker sig från 2 500 till 3 000 mAh cm⁻³, vilket är nära det teoretiska värdet (4 284 mAh cm⁻³) för orörda kiselpartiklar under antagande av ideal packning (detaljer i figurtexten). De nuvarande värdena är långt högre än (550 mAh cm⁻³) för nuvarande kommersiella grafitbaserade anoder. För att ytterligare bedöma den praktiska genomförbarheten av 5 vikt%-Gr–Si undersöktes full cell-prestanda genom att para ihop den med en kommersiell katod, LiCoO₂. Genom att ta hänsyn till den genomsnittliga cellspänningen på 3,5 V, arealkapaciteten på 3,0 mAh cm⁻² och en total elektrodtjocklek på 108 μm (elektrod + separator + strömsamlare, Gr–Si tjocklek = 15 μm), når den volymetriska energitätheten för den nuvarande fulla cellen 972 Wh l⁻¹. Detta värde är anmärkningsvärt eftersom det är 1,8 gånger högre än (550 Wh l⁻¹) för allmänt använda nuvarande kommersiella LIB:er, beräknat baserat på samma metrik (http://www.samsungsdi.com/lithium-ion-battery/overview). ( ) Volymkapaciteterna för ren Si-film (beräkning, cal.), teoretiskt packad Si NP-film (beräkning), 5 vikt%-Si–Gr elektrod (experimentell) och grafit-elektrod (experimentell). Värdet för teoretiskt packad Si NP-film (beräkning) erhölls genom att beakta den gravimetriska teoretiska kapaciteten hos Si vid rumstemperatur (3 580 mAh g⁻¹), densiteten av Si (2,2 g cm⁻³), tomrummet i den teoretiska partikelpackningen (kroppscentrerad, 0,32) och bindemedelsinnehållet (cirka 20 vikt%). ( ) SEM-bilder i tvärsnitt av 5 vikt%-Gr–Si och kommersiella grafit-elektroder (vänster). Topp (höger) och front (blå insatsruta) vyer av 5 vikt%-Gr–Si//LiCoO₂ och grafit//LiCoO₂ fulla celler med samma totala energi (9,0 Wh). Båda cellerna lindades in i 18650 cylindriska höljen med identisk lindningsspänning. ( ) Cyklingsprestanda för 5 vikt%-Si–Gr//LiCoO₂ och grafit//LiCoO₂ fulla celler. 5 vikt%-Gr–Si elektroden i och är den med 3,0 mAh cm⁻² som visas i figur 4c. a b c b c För att se förbättringen i den volymetriska energitätheten på ett mer konkret sätt, packades både 5 vikt%-Gr–Si (108 μm tjock) och grafit-elektroder (168 μm tjock) i kommersiella 186