Strategies Toward the Production of Nanoporous SiOx/C Anodes from the Sustainable Diatom‐SiO2 for Li‐Ion Batteries: A Comparative Study of Different Carbon Amounts

纳米孔 硅藻 阳极 生产(经济) 离子 材料科学 化学工程 纳米技术 工程物理 化学 物理 工程类 地质学 电极 海洋学 物理化学 有机化学 经济 宏观经济学
作者
Anders Gaarud,Thangaian Kesavan,Pedro Alonso‐S ́anchez,María Valeria Blanco
出处
期刊:Advanced sustainable systems [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adsu.202500117
摘要

Abstract Nanostructured SiO x /C composites are promising candidates for high energy density anodes with extended lifespan in next‐generation Li‐ion batteries (LIBs). However, integrating sustainable precursors for the synthesis of high performance SiO x /C negative electrodesremains a key challenge. In this study, nanoporous SiO 2 derived from the shells of industrially cultured diatom microalgae is successfully used as a template for synthesizing SiO x via the magnesiothermic reduction reaction (MgTR), while the effectiveness of different carbon coating (CC) strategies to produce diatom‐ SiO x /C from glucose as carbon precursor is thoroughly analyzed. Notably, the original nanostructure of the diatom‐ SiO 2 frustule is preserved throughout the synthesis process, and it is demonstrated that increasing the heating ramp during MgTR enhances the Si yield, leading to a significant increase in specific capacity of the anodes from 1064 mAh.g −1 (2 °C/min −1 ) to 1846 mAh.g −1 (20 °C/min −1 ). A comparative analysis of three synthesis pathways for producing diatom‐ SiO x /C composites: 1) MgTR of diatom‐ SiO 2 followed by CC, 2) CC of diatom‐ SiO 2 followed by MgTR, and 3) simultaneous reduction of diatom‐ SiO 2 and glucose precursor, revealed that pathway (1) is most effective for producing highcapacity diatom‐ SiO x /C anodes. These findings provide key enablers for developing sustainable SiO x /C anodes of superior electrochemical performance.
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