Producing high-performing silicon anodes by tailoring ionic liquids as electrolytes

Autor(es)

Sanchez-Ramirez, Nedher ^{[1, 2]} ; Assresahegn, Birhanu Desalegn ^[2] ; Torresi, Roberto M. ^[1] ; Belanger, Daniel ^[2]

Afiliação do(s) autor(es)

^[1] Univ Sao Paulo, Dept Quim Fundamental, Inst Quim, Av Prof Lineu Prestes 748, BR-05508000 Sao Paulo - Brazil

^[2] Univ Quebec Montreal, Dept Chim, Case Postale 8888 Succursale Ctr Ville, Montreal, PQ H3C 3P8 - Canada

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: ENERGY STORAGE MATERIALS; v. 25, p. 477-486, MAR 2020.
• Citações Web of Science: 1

Resumo

Nanostructured silicon is a promising anode for the next generation of high-energy lithium ion batteries. The challenge for implementation of Si anode is the control of the continuous chemical reactivity at the electrode/electrolyte interface during lithiation and delithiation. Given their relevant physicochemical properties such as high stability, good transport properties and nonvolatility, ionic liquids can potentially alleviate the instability of the solid electrolyte interface layer due to the large volume changes of Si upon cycling. Since the properties of ionic liquids are modulated by the anion and cation, or both, a suitable selection must be made for each application. Here, we report the electrochemical performance of triethyl-n-pentylphosphonium bis(fluorosulfonyl) imide {[}P-2225] {[}FSI] and bis(fluorosulfonyl)imide N-methyl-N-butylpyrrolidinium {[}BMPYR] {[}FSI] ionic liquids as electrolyte solvents for silicon/poly(acrylonitrile), Si/PAN, composite electrode. After 1000 charge/discharge cycles, these composite anode-ionic liquid systems exhibit a specific delithiation capacity of approximately 1000 mAh.g(-1) at 1.0 A.g(-1) with a Coulombic efficiency approaching 100%. This demonstrates the superior performance of ionic liquids compared to classical organic alkyl carbonate solvent-based electrolytes and that are also the best among the reported state-of-the art ILs for silicon electrodes. (AU)

• Processo FAPESP: 15/11164-0 - Estudo da intercalação de lítio em nanopartículas de silício produzido por plasma induzido usando líquidos iônicos como eletrólitos
• Beneficiário: Nédher Sánches Ramírez
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 14/01987-6 - Estudo da intercalação de lítio em materiais catódicos baseados em óxidos de metais transição nanoestruturados usando como eletrólitos líquidos iônicos (ILs) pouco viscosos sintetizados a partir do fôsfonio e tetracianoborato.
• Beneficiário: Nédher Sánches Ramírez
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 15/26308-7 - Otimização das propriedades físico-químicas de materiais nano-estruturados e suas aplicações em reconhecimento molecular, catálise e conversão/armazenamento de energia
• Beneficiário: Roberto Manuel Torresi
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático