Angewandte Chemie presenteert het eerste bruikbare recept voor poreus amorf silicium. Ideaal als anodemateriaal voor lithium-ionaccu’s, claimen onderzoekers van de Shangdong-universiteit in China.

Tot nu toe gebruikt men vooral grafiet voor zulke anodes. In theorie kan silicium tot tien keer zo veel lithium opnemen zodat de capaciteit van de accu navenant hoger wordt. Maar de laad- en ontlaadcycli wrikken de kristalstructuur van silicium langzaam uit elkaar. Uiteindelijk is de schade zo groot dat je het gerust amorf silicium mag noemen. Voor het functioneren als anode maakt dat op zich niet uit, ware het niet dat hij tegen die tijd van ellende uit elkaar valt.

Als je de anode vanaf het begin amorf maakt, heb je dat probleem niet. Maar grote hoeveelheden vast silicium bereiden zonder dat het onderweg vanzelf uitkristalliseert, was tot nu toe niet te doen.

Jian Yang en collega’s zoeken de oplossing nu in een solvothermisch proces. Als siliciumbron gebruik je SiCl₄ dat je oplost in ‘glyme’ oftewel 1,2-dimethoxyethaan. In een autoclaaf laat je dit bij 100 ºC reageren met magnesiumpoeder, waarbij een mix van Si en MgCl₂ ontstaat. Resten organische stof brand je er bij verhoogde temperatuur uit. Als je het resultaat daarna heel snel afkoelt tot kamertemperatuur geef je het silicium niet de kans om uit te kristalliseren. Röntgenmetingen laten zie dat MgCl₂ dat wel doet, maar dat zout was je er tot slot uit met water en ethanol. Wat overblijft is het gewenste amorfe, mesoporeuze silicium.

De Chinezen hebben er al anodes van gemaakt met een capaciteit die driemaal zo hoog was als die van een koolstofanode, en die na 700 laadcycli nog 88 % van die capaciteit over hadden.

Ze stellen dat de grondstoffen relatief goedkoop zijn en relatief veilig in het gebruik: SiCl₄ is niet echt aangenaam spul maar het kan véél erger.

bron: Angewandte