Anoda pro lithiovou baterii na bázi sulfidu - Část 2 Ostatní anody

Nedávný pokrok v oblasti anody pro plně polovodičové lithiové baterie na bázi sulfidu

—— Část 2 Jiné anody

Autor:

JIA Linan, DU Yibo, GUO Bangjun, ZHANG Xi

1. School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200241, Čína

2. Shanghai Yili New Energy Technology Co., LTD. , Šanghaj 201306, Čína

Anoda z lithiové slitiny

Kvůli závažným mezifázovým vedlejším reakcím je obtížné krátkodobě přímo použít čisté lithium v ​​sulfidových pevných elektrolytech, takže materiály ze slitin lithia poskytují atraktivnější možnost. Ve srovnání s kovovými lithiovými anodami mohou anody z lithiových slitin zlepšit smáčivost rozhraní, inhibovat výskyt vedlejších reakcí na rozhraní, zvýšit chemickou a mechanickou stabilitu rozhraní pevného elektrolytu a zabránit zkratům způsobeným růstem dendritů lithia. Současně ve srovnání s tekutými lithium-iontovými bateriemi mohou slitinové anody vykazovat vyšší hustotu energie a lepší stabilitu v plně polovodičových bateriích. Slitinové záporné elektrody však budou během nabíjení a vybíjení podléhat větším objemovým a strukturálním změnám (jako je slitina Li-Si, slitina Li-Sn atd.), takže je zapotřebí dalšího výzkumu vývoje a aplikace slitinových materiálů. Mezi různými slitinami lithia je slitina Li-In oblíbená v laboratorním měřítku díky své lepší mechanické tažnosti a konstantnímu redoxnímu potenciálu (0,62 V vs Li+/Li) v širokém stechiometrickém rozsahu. Slitiny Li-In jsou obecně považovány za termodynamicky a kineticky stabilní materiály pro sulfidové elektrolyty. Je široce používán v laboratořích pro testování výkonu elektrolytů nebo katodových materiálů, přičemž vykazuje dobrou stabilitu cyklu při nízkém proudu a nízké zátěži. Redoxní potenciál a molekulová hmotnost slitiny Li-In jsou však vysoké, což výrazně snižuje výhodu hustoty energie polovodičových lithium-iontových baterií. Obecně se studie domnívají, že ve slitinách Li-In nedochází k růstu dendritů lithia. Nicméně Luo a kol. provedli testy nabíjení a vybíjení na polovodičové baterii Li-In|LPSCl|LNO@NCM622 při vysoké proudové hustotě (3,8 mA·cm-2) a vysokém zatížení (4 mA·h·cm{{23} }). Po přibližně 900 cyklech bylo zjištěno, že došlo ke zkratu baterie. Baterie si udržovala stabilní kapacitu cyklu a téměř 100% coulombickou účinnost během cyklů nabíjení a vybíjení až do 890 cyklů, ale kapacita začala rychle klesat po 891 cyklech a v 897. cyklu klesla téměř na 0. Příslušná křivka nabíjecího a vybíjecího napětí baterie od 891. do 897. cyklu, ve kterém se postupně zvyšuje nabíjecí kapacita, zatímco odpovídající vybíjecí kapacita klesá. V 897. cyklu se baterie dále nabíjí a kapacita se dále zvyšuje, doprovázená nižší rychlostí nárůstu napětí, což indikuje výskyt vnitřního zkratu a selhání baterie. Mechanismus růstu Li-In dendritů byl odhalen pomocí SEM, XPS a dalších charakterizací a simulací AIMD. Označuje, že za podmínek vysokého proudu a vysokého zatížení. Metallic In je termodynamicky a kineticky nestabilní vůči sulfidovým elektrolytům. Změny objemu a mírné mezifázové reakce vyvolávají růst Li-In dendritů, což nakonec vede k selhání baterie během dlouhých cyklů. Na rozdíl od vertikálního růstu lithiových dendritů je způsob růstu Li-In dendritů laterální růst podél pórů a hranic zrn. Rychlost růstu je pomalá a způsobuje malé poškození struktury sulfidového elektrolytu (obrázek 6). Růst dendritu Li-In lze tedy potlačit zlepšením elektrochemické stability kovové elektrody/pevného elektrolytu a snížením poréznosti elektrolytu.

Obr.6 Vývoj rozhraní před a po cyklu pro článek Li-In|LPSCl|LNO@NCM622

Al má výhody vysoké tažnosti, vysokých rezerv a vysoké elektronické vodivosti. Mezi lithiovými slitinami má vysokou teoretickou specifickou kapacitu (990 mA·h·g-1) a malou objemovou expanzi (96 %). Je to jeden z nejslibnějších materiálů anody lithiových baterií v pevné fázi. Jak je znázorněno na obrázku 7(a), Pan a kol. připravila zápornou elektrodu ze slitiny Li-Al bez pojiva a vodivého činidla (Li0.8Al, specifická kapacita 793 mA·h·g-1, 0,35 V vs Li+/Li). Má dobrou kompatibilitu s LGPS elektrolytem. To je způsobeno skutečností, že pracovní potenciál připravené anody ze slitiny Li-Al je v rámci skutečného okna elektrochemické stability LGPS [obr. 7(b)]. Sestavená polovodičová baterie zabraňovala redukci a rozkladu elektrolytu a vykazovala vynikající reverzibilitu s mírou zachování kapacity až 93,29 % ve 200 cyklech. Za podmínky poměru N/P 1,25 dosáhla hustota energie baterie 541 W·h·kg-1, což dokazuje, že slitina Li-Al má vynikající vyhlídky na použití.

Obr.7 Schéma anody ze slitiny Li-Al v ASSLB

Sakuma a kol. studovali shodu slitiny Li-Sn, slitiny Li-Si a elektrolytu Li4-x Ge1-x P x S4 a pozorovali menší odpor rozhraní a vyšší redoxní potenciál. Hashimoto a kol. použili vysokoenergetické kulové frézování k přípravě řady Li4,4Ge x Si1-x (x=0~1.0). Mezi nimi Li4.4Ge0.67Si0.33 vykazuje největší specifickou kapacitu (190 mA·h·g-1) a má dobrou reverzibilitu nabíjení a vybíjení. Park a kol. použil mechanické kulové mletí k míchání a mletí lithiového prášku a křemíkového prášku k přípravě slitiny Li4.4Si, kladné elektrody Li4Ti5O12 a elektrolytu Li2S-P2S5 k sestavení lithiové baterie v pevné fázi. Studie zjistila, že výkon baterie se výrazně zlepšil po sekundárním kulovém frézování slitiny Li-Si, to znamená, že zmenšení velikosti částic slitiny lithium-Si vedlo k rovnoměrnému ukládání a stripování lithia během proces nabíjení a vybíjení.

Filmy ze slitiny lithia lze také použít jako prostředek ke stabilizaci rozhraní záporné elektrody. Choi a kol. použila jednoduchou metodu válcování ke spojení Ag o tloušťce 10 μm a Li o tloušťce 150 μm a poté externím tlakem k získání filmu slitiny Li-Ag. Vysoký obsah Ag snadno vytváří stabilní rozhraní se sulfidovým elektrolytem a inhibuje růst lithiových dendritů. Kromě toho se zbývající malé množství Ag, které netvoří slitinu Li-Ag, účastní reakce tuhého roztoku s Li, což zmírňuje nerovnoměrný růst lithia. Sestavená polovodičová baterie vykazovala zachování kapacity 94,3 % během 140 cyklů a mohla také stabilně pracovat při vysoké rychlosti 12 C. Výzkum Kato et al. zjistili, že vložení Au filmu na rozhraní elektrolytu Li/Li3PS4 může zabránit tvorbě dutin po počátečním rozpuštění lithia a zvýšit místa ukládání Li, což pomáhá zlepšit reverzibilitu baterie. Kromě toho může být rozpuštění Au filmu v kovovém lithiu důvodem pro zlepšení elektrochemického výkonu rozhraní záporné elektrody. Li-symetrické články s Au filmem vloženým na rozhraní Li/Li3PS4 mohou stabilně pracovat při vysoké proudové hustotě (1,3 mA·cm-2) a velkoplošné kapacitě (6,5 mA·h·cm-2 ) bez zkratu. Sestavená plně polovodičová baterie Li/Au/Li3PS4/LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 má více než 200násobnou životnost při vysoké proudové hustotě 2,4 mA·cm-2.

Silikonová anoda

Si je považován za jeden z nejslibnějších anodových materiálů díky své ultra vysoké teoretické specifické kapacitě (4200 mA·h·g-1), vysokým rezervám, nízkým nákladům, šetrnosti k životnímu prostředí, netoxicita a nízký provozní potenciál 0,4 V. Výzkum aplikace Si anod v tekutých lithium-iontových bateriích se vyvíjel více než třicet let a je stále velmi populární. V poslední době, kdy polovodičové lithiové baterie vstoupily do oblasti energetického výzkumu, začaly práce na přeměně dobře vyvinuté křemíkové technologie z kapalných lithium-iontových bateriových systémů na plně polovodičové bateriové systémy. Nicméně ve srovnání s výzkumem vývoje vysokokapacitních křemíkových anod pro tekuté lithium-iontové baterie, ačkoli existuje jen málo zpráv o aplikaci křemíkových anod na bázi sulfidových plně polovodičových baterií, jsou prokázané výsledky stále poměrně důležité. Si anoda má však nízkou elektronickou vodivost (1,56×10-3 S·m-1), nízký koeficient difúze lithných iontů (10-14-10-13 cm2·S-1) a velkou objemová expanze (Li4. 4Si je asi 360 %) a další nevýhody, které omezují rozsah jeho použití. Důvod, proč záporná Si elektroda v baterii selhává, je obecně způsobena velkou objemovou expanzí Si během lithiačního/delitiačního procesu, což způsobuje práškování, praskání a obrovské napětí a má řadu vážných destruktivních následků. Například: (1) Zhoršení strukturální integrity elektrody v důsledku opakovaného drcení během vybíjení/nabíjení. (2) Rozpojení mezi elektrodou a sběračem proudu způsobené mezifázovým napětím. (3) Lithné ionty jsou nepřetržitě spotřebovávány během kontinuálního procesu tvorby-destrukce-reformace vrstvy SEI.

V současné době běžně používané metody pro optimalizaci křemíkových anod pro lithiové baterie plně v pevné fázi zahrnují kontrolu velikosti (nano-křemík), konstrukční návrh, anody s tenkým filmem, legování, tlakovou aplikaci, kompozitní anody s pokročilými pojivy/vodivými materiály (jako je Si -C anody), atd. Sakabe et al. použil magnetronové naprašování k přípravě neporézních a porézních anod z amorfního křemíku a zkombinoval je s elektrolytem 80Li2S·20P2S5 k provádění testů způsobilosti cyklu. Po 100 cyklech vykazoval 3,00 µm silný neporézní amorfní silikonový film pouze asi 47% kapacitu vzhledem k 10. cyklu. 4,73 µm porézní amorfní silikonový film vykazuje lithiační kapacitu až 3000 mA·h·g-1. Po 100 cyklech překračuje míra zachování kapacity ve srovnání s 10. cyklem 93 %. Ukazuje, že porézní struktura může účinně zlepšit stabilitu cyklu baterie. Okuno a kol. aplikoval porézní křemíkovou kompozitní anodu na plně polovodičovou baterii s elektrolytem Li3PS4 a ukázal vysokou míru zachování kapacity více než 90 % ve 100 cyklech. Je to proto, že póry v částicích křemíku řeší obrovské objemové změny během lithiace a delithiace, čímž se zlepšuje stabilita cyklu. Oproti tomu cyklická stabilita komerčních neporézních křemíkových anod je špatná a míra zachování kapacity ve 100 cyklech je pouze 20 % nebo dokonce nižší. Poetke a kol. uvedli, že kompozitní nanomateriály křemíku a uhlíku byly použity jako záporné elektrody pro plně pevné lithium-iontové baterie a byly úspěšně aplikovány na plné baterie Si-C|Li6PS5Cl|NCM. Nanostrukturovaný Si-C kompozit použitý ve studii poskytuje mezeru mezi křemíkovými nanočásticemi (SiNP) a vnějším uhlíkovým obalem. Uhlíkový obal může účinně kompenzovat změny objemu křemíku a zlepšit elektrochemický výkon ve srovnání s holými SiNP.

V posledních letech akademická obec opakovaně dosáhla průlomu ve výzkumu čistých křemíkových anod. V 2020 Cangaz a spol. oznámili sloupcovou křemíkovou anodu připravenou procesem PVD a kombinovanou s elektrolytem Li6PS5Cl a LiNi0.9Co{{90}}.0katodou 5Mn0,05O2 pro přípravu polovodičová baterie s vysokou specifickou kapacitou (210 mAh·h·g-1). Sloupcová křemíková anoda byla stabilně cyklována více než 100krát při vysokém zatížení 3,5 mA·h·cm-2 s coulombickou účinností až 99,7 %~99,9 %. Během cyklu vykazuje sloupcová křemíková struktura ve vertikálním směru jednorozměrný dýchací efekt podobný lithiové anodě. Toto jednorozměrné dýchání může být kompenzováno vnitřní porézností sloupcové křemíkové struktury a vnějším tlakem v zásobníku, čímž vzniká stabilní dvourozměrný SEI. Současně tlak zásobníku (20 MPa) také potlačuje delaminaci sloupcového křemíku a proudového kolektoru. Ve srovnání s kovovými lithiovými anodami tato sloupcová silikonová anoda eliminuje riziko lithiových dendritů, zkratů a mrtvých ztrát lithia. V roce 2021 Tan a spol. uvedla 99,9,9% (hmotnostní) komerční anodu mikronového čistého křemíku Si (μ-Si). Kontaktní plocha rozhraní mezi zápornou elektrodou a elektrolytem Li6PS5Cl je dvourozměrná, i když během nabíjení a vybíjení dochází k objemové expanzi. Dvourozměrná rovina je však stále zachována a nevytváří se žádné nové rozhraní. Slitina Li-Si tvořená lithiovou zápornou elektrodou μ-Si má jedinečné chemické a mechanické vlastnosti, které zvětšují kontaktní plochu mezi zápornou elektrodou a elektrolytem [obrázek 8(a)]. Celopevná lithiová baterie sestavená pomocí μ-Si, elektrolytu Li6PS5Cl a NCM811 může pracovat stabilně při vysoké hustotě povrchového proudu (5 mA·cm-2) a širokém teplotním rozsahu (-20~ 80 stupňů). Má míru zachování kapacity 80 % po 500 stabilních cyklech a průměrnou Coulombickou účinnost 99,95 % [obrázek 8(b)], což je dosud nejlepší výkon mikrosilikonových polovodičových baterií, které byly dosud hlášeny. Za zmínku stojí, že anoda μ-Si prochází cyklováním vysoké proudové hustoty bez vodivých uhlíkových materiálů, což účinně potlačuje rozklad sulfidového elektrolytu. Poskytuje nové nápady pro nepříznivé účinky uhlíku v Si-C kompozitních elektrodách v konvenčním myšlení. V roce 2022 Cao a spol. připravil kompozitní zápornou elektrodu složenou z částic nano-křemíku (nm-Si), vodivého uhlíku a Li6PS5Cl pomocí kulového mletí. Kompozitní záporná elektroda má uvnitř dobrou elektronickou a iontovou vodivost, což může účinně snížit místní hustotu proudu a inhibovat tvorbu lithiových dendritů na povrchu záporné elektrody. Je kombinován s monokrystalickým katodovým materiálem NMC811 potaženým metodou sol-gel. S použitím filmu Li6PS5Cl o tloušťce 47 μm jako elektrolytu byla získána lithiová baterie v pevné fázi s hustotou energie až 285 W·h·kg-1. Plná baterie dosáhla vysoké kapacity 145 mAh·h·g-1 při C/3 pro 1000 stabilních cyklů. Kompozitní křemíková anoda ukazuje perspektivu výroby ve velkém měřítku, výrazně snižuje náklady a poskytuje směr pro komercializaci plně polovodičových lithiových baterií. Na rozdíl od konceptu konstrukce negativní elektrody Tan, tato kompozitní negativní elektroda nejen přidává elektrolyt, ale také přidává uhlíkové vodivé činidlo. Důvodem je, že ve srovnání s μ-Si má nm-Si větší povrch, v křemíkové anodě je více hranic a na povrchu nm-Si je obvykle vrstva SiO. Proto je elektrická vodivost obecně o 3 řády nižší než u μ-Si, což brání vedení elektronů během nabíjení a vybíjení. Experimenty ukazují, že během procesu odstraňování lithia z této anody nm-Si se elektrolyt pouze mírně rozkládá a nevznikají žádné dendrity lithia. Na základě výše uvedeného systému Cao et al. navrhl bateriovou architekturu s bipolárním zásobníkovým designem. Jednotlivé články jsou zapojeny do série přes proudový kolektor, aby se snížilo použití neaktivních materiálů, čímž se dosáhlo vyšší hustoty energie. Přesněji řečeno, dvouvrstvá naskládaná polovodičová lithiová baterie vyrobená z monokrystalů LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2, Li6PS5Cl a nm-Si stabilních na rozhraní slouží jako kladná elektroda, elektrolyt a záporná elektroda. vysoké napětí 8,2 V. Hustota energie na úrovni baterie je 204 W·h·kg{104}}, což je více než 189 W·h·kg{106}} jedné baterie. Tato bipolární složená konstrukce má dobrý referenční význam pro celé pole polovodičových baterií.

Obr. 8 Charakterizace rozhraní a cyklování mezi anodou µ-Si a Li6PS5Cl v ASSLB

Tabulka 1 shrnuje řešení rozhraní sulfidový pevný elektrolyt/anoda a odpovídající výhody a nevýhody.

Tabulka 1 Řešení strategií rozhraní mezi anodami a elektrolyty v pevné fázi na bázi sulfidů

Jiné anody

Stříbrná uhlíková záporná elektroda

Lee a kol. uvedli konstrukci plně polovodičové baterie využívající mezivrstvu stříbro-uhlík (Ag/C) [obrázek 9(a)]. Tento design mezivrstvy účinně reguluje proces ukládání lithia a mezi vrstvou Ag/C a sběračem proudu jsou pozorovány vysoce reverzibilní jevy ukládání a stripování lithia. Mezi nimi se C používá k oddělení elektrolytu Li6PS5Cl od usazeného kovového lithia, což nejen zabraňuje redukci elektrolytu, ale také zabraňuje tvorbě lithiových dendritů. Ag může snížit nukleační energii kovového lithia za vzniku slitiny Ag-Li. Část stříbra se přesune na povrch kolektoru proudu a vytvoří pevný roztok s kovovým lithiem, což podporuje rovnoměrné ukládání lithia. Po vybití je kovová vrstva lithia zcela rozpuštěna, zatímco Ag zůstává mezi sběračem proudu a vrstvou Ag-C. Tato konstrukce se může přizpůsobit objemové změně kovového lithia během cyklování, snížit místní proudovou hustotu lithiové anody a zlepšit stabilitu cyklu. Jak je znázorněno na obrázku 9(b), sestavená pouzdrová baterie (0,6 A·h) vykazuje vysokou hustotu energie (vyšší než 900 W·h·L-1) při 60 stupních. Stabilní Coulombicova účinnost přesahující 99,8 %. Dlouhá životnost cyklu (1000 cyklů). Poskytuje nové nápady pro komerční využití plně polovodičových lithiových baterií.

Obr. 9 Struktura a výkonnost cyklování pro ASSLB na bázi sulfidu s Ag-C anodou

Grafit

Mezi různými interkalovanými anodovými materiály pro lithium-iontové baterie je grafit komerčně nejúspěšnějším materiálem díky své nízké ceně, velkým rezervám a dlouhé životnosti. V oblasti polovodičových baterií se však grafit nestal středem zájmu výběru materiálu pro negativní elektrodu kvůli jeho omezené teoretické kapacitě. V dřívějších zprávách byl grafit často používán jako anodový materiál pro nově syntetizované sulfidové pevné elektrolyty. Pozdější výzkum se zaměřil na základní pracovní mechanismus grafitu v sulfidových ASSLB za účelem optimalizace konstrukce a výroby elektrod. Grafit se v nedávném výzkumu často používá jako kostra pro vysokoenergetické anodové materiály, které zajišťují strukturální integritu a elektrickou vodivost. Jiné proudové záporné elektrody, jako je lithium a křemík, však stále mají problémy, jako je vysoká cena, velká objemová expanze a nestabilní cyklus. Proto může grafit jako materiál s nízkou cenou, velkými zásobami, vysokým stupněm komercializace a vysokou stabilitou hrát důležitou roli v procesu vývoje celopevnolátkových baterií v raných fázích. Je nutné průběžně optimalizovat dostupnou kapacitu grafitu.

Předúprava kolektoru proudu

Bezanodové lithium-iontové baterie sestavují sběrač proudu přímo s baterií bez přidávání přebytečného lithia, kde kovové lithium vzniká redukcí iontů lithia na sběrači proudu z plně lithiovaného katodového pokovení během prvního nabíjecího cyklu. Tento koncept byl rozsáhle studován v oblasti lithium-iontových baterií a některé týmy tento design rozšířily na plně polovodičové lithiové baterie. Gu a kol. leptal povrch sběrače proudu z nerezové oceli (SSCC) v různé míře, přizpůsobil jej pevným elektrolytem Li5.5PS4.5Cl1.5 a provedl elektrostatické cyklování pomocí asymetrické konfigurace baterie (lithiová fólie|fólie z nerezové oceli). Experimentální výsledky ukazují, že různé drsnosti SSCC mají větší vliv na výkon baterie. Celopevné baterie sestavené s SSCC s drsností 180 nm mají lepší výkon elektrochemického cyklu než baterie s drsností pouze 20 nm. To je způsobeno drsným povrchem, který zvyšuje kontaktní body mezi elektrolytem a sběračem proudu, poskytuje více reakčních bodů a umožňuje rovnoměrné ukládání lithia na rozhraní. Když však drsnost povrchu přesáhne 500 nm, vysoce zdrsněný povrch způsobí, že ionty lithia sotva dosáhnou omezených kontaktních bodů na leptaném dně kolektoru proudu. To snižuje srážení lithia a vykazuje horší výkon. Tento jev se u tekutých baterií nevyskytuje. To ukazuje, že interakce mezi pevným elektrolytem a sběračem proudu je výrazně odlišná od interakce kapalného elektrolytu. Je nutné dále prozkoumat základní pracovní mechanismus a charakteristiky, než bude možné provést návrh proudového kolektoru polovodičové baterie bez záporné elektrody.

Shrnutí a Outlook

Se vznikem LGPS s vysokou iontovou vodivostí se výrazně zvýšil výzkum sulfidových plně pevných lithium-iontových baterií. Jedním z těžišť výzkumu se mezi nimi stal výběr materiálů anod a řešení problémů rozhraní. Mnoho vědců komplexně shrnulo pokrok ve výzkumu na rozhraní lithiová anoda/sulfidový elektrolyt. Tento článek poskytuje systematický přehled hlavních anodových materiálů pro plně lithiové baterie na bázi sulfidových elektrolytů, jako je kovové lithium, lithiové slitiny a křemíkové anody. Byl navržen problém rozhraní mezi lithiovou anodou a sulfidovým elektrolytem a byly shrnuty společné strategie pro zlepšení vlastností rozhraní. V současné době jsou plně polovodičové lithium-iontové baterie stále daleko od komerčního využití a postrádají kompletní základní teoretický výzkum a technickou podporu. Následujícím otázkám je proto stále třeba věnovat pozornost v budoucím výzkumu.

(1) Anody z lithiové slitiny mají vynikající skladovací kapacitu lithia a stabilnější výkon a prokázaly velký potenciál při řešení růstu dendritu lithiové anody a zkratu, dosahují vysoké hustoty energie a dlouhodobě stabilních lithiových baterií v pevném stavu. V oblasti celopevnolátkových baterií lze díky kontaktním charakteristikám rozhraní pevná látka-pevná látka vyřešit problém opakovaného generování SEI způsobené reakcí slitinových materiálů a kapalných elektrolytů. Aby bylo možné lépe aplikovat slitinové anody, je třeba provést základní a aplikovanou práci, aby se zlepšilo porozumění chemii, elektrochemii, mechanickým vlastnostem a pracovnímu mechanismu slitinových anod v polovodičových bateriích, aby se uspokojila poptávka po vysoce kapacitní, dlouhodobě stabilní solid-state baterie. .

(2) Křemíkové anody mohou maximalizovat hustotu energie polovodičových lithium-iontových baterií. Protože však křemík má nízkou elektronovou vodivost, běžně používaná uhlíková vodivá činidla urychlí rozklad sulfidových elektrolytů. Jak regulovat parametry složení křemíkové anody tak, aby neovlivňovala vodivou dráhu elektrody ani nezpůsobovala rozklad sulfidového elektrolytu, je hlavním problémem, kterému čelí proces přípravy křemíkové anody. Je to také technická překážka pro rozsáhlou industrializaci křemíkových anod v sulfidových polovodičových bateriích.

(3) Problémům malých zásob a vysoké ceny kovového lithia je také třeba věnovat pozornost ve skutečných komerčních aplikacích. Ačkoli je kovová lithiová anoda prospěšná pro proces pokovování lithiem, není nezbytnou součástí pro dosažení elektrochemické reakce pokovování lithiem. Podmínky použití kovového lithia jsou extrémně drsné a hromadná výroba lithiových baterií přinese obrovská bezpečnostní rizika. Proto, aby se snížily náklady, zlepšila bezpečnost a dosáhlo konečné komercializace, je vývoj plně polovodičových lithiových baterií bez lithiových anod výzkumným směrem. Například výzkum Ag-C kompozitní elektrody poskytuje dobrý nápad pro další práci. Kromě toho základní pracovní mechanismus a vlastnosti sběračů proudu také potřebují další výzkum, aby bylo možné sběrače proudu cíleně předem upravit, aby se získaly vysoce výkonné polovodičové baterie bez záporných elektrod.

Vývoj materiálů pro záporné elektrody v oblasti plně polovodičových baterií má před sebou ještě dlouhou cestu. S prohlubujícím se výzkumem plně polovodičové baterie na bázi vysokoenergetických záporných elektrod rozhodně ukážou své jedinečné přednosti v oblasti sekundárních baterií.