Unravelling electro-chemo-mechanical processes in graphite/silicon composites for designing nanoporous and microstructured battery electrodes
Rattachement africain : gb, it, cn. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.
Le résumé fourni par la source
Silicon is a promising negative electrode material for high-energy batteries, but its volume changes during cell cycling cause rapid degradation, limiting its loading to about 10 wt.% in conventional graphite/Si composite electrodes. Overcoming this threshold requires evidence-based design for the formulation of advanced electrodes. Here we combine multimodal operando imaging techniques, assisted by structural and electrochemical characterizations, to elucidate the multiscale electro-chemo-mechanical processes in graphite/Si composite negative electrodes. We demonstrate that the electrochemical cycling stability of Si particles strongly depends on the design of intraparticle nanoscale porous structures, and the encapsulation and loss of active Si particles result in excessive charging current being directed to the graphite particles, increasing the risk of lithium plating. We also show that heterogeneous strains are present between graphite and Si particles, in the carbon-binder domain and the electrode's porous structures. Focusing on the volume expansion of the electrode during electrochemical cycling, we prove that the rate performance and Si utilization are heavily influenced by the expansion of the carbon-binder domain and the decrease in porosity. Based on this acquired knowledge, we propose a tailored double-layer graphite/Si composite electrode design that exhibits lower polarization and capacity decay compared with conventional graphite/Si electrode formulations.
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Le contrôle bibliographique ouvert
DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.
- Titre Crossref
- Unravelling electro-chemo-mechanical processes in graphite/silicon composites for designing nanoporous and microstructured battery electrodes
- Date Crossref
- 24/10/2025
- Éditeur
- Springer Science and Business Media LLC
- Type
- journal-article
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Où se fait cette recherche
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Queen Mary University of London pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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The Faraday Institution pays non établi dans la noticeOrganisation à but non lucratif
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Biochemical Society pays non établi dans la noticeInstitution
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University College London pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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University of Oxford The ZERO Institute pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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University of Exeter Department of Engineering pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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University of Pisa Department of Civil and Industrial Engineering pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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University of Manchester Henry Royce Institute pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Henry Royce Institute pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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University of Warwick WMG pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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National Physical Laboratory pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Beijing University of Technology Beijing Key Laboratory of Heat Transfer and Energy Conversion pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
Queen Mary University of London, The Faraday Institution et Biochemical Society, avec 9 autres affiliations.
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