Akumulatory litowo-jonowe do pojazdów elektrycznych (EV) borykają się z problemami związanymi z bezpieczeństwem i stabilnością ze względu na przegrzanie separatorów, zwarcia i zmniejszoną wydajność. Aby zaradzić tym niedociągnięciom, badacze zastosowali technikę polimeryzacji szczepionej i opracowali innowacyjne separatory warstwowe z nanocząstek krzemionki, które są stabilne termicznie i trwałe. Baterie z tymi separatorami są bezpieczniejsze i wykazują lepszą wydajność. Rozwój ten może przyczynić się do przyjęcia pojazdów elektrycznych w kierunku dekarbonizacji sektora transportu.
Akumulator litowo-jonowy baterie (lub akumulatory litowo-jonowe lub LIB) stały się niezwykle popularne i wszechobecne w ciągu ostatnich trzech dekad. Ze względu na wysoką gęstość energii, niewielką wagę i możliwość ładowania, są one szeroko stosowane w telefonach komórkowych, laptopach, urządzeniach audiowizualnych, magazynach energii i pojazdach elektrycznych (EV) i stały się integralną częścią codziennego życia. LIB są przyjazne dla środowiska, zapewniają magazynowanie czystej energii i przyczyniają się do: dekarbonizacja gospodarki.
Jednak litowo-jonowy baterie są narażeni na ryzyko bezpieczeństwa pojazdów elektrycznych (EV) i systemów magazynowania energii, głównie z powodu przegrzania separatorów poliolefinowych. Separatory zapobiegają bezpośredniemu kontaktowi katody z anodą, ale topią się, gdy temperatura wzrośnie do 160°C w wyniku przegrzania. W rezultacie anoda i katoda mogą wejść w bezpośredni kontakt w wyniku tworzenia się dendrytów Li, co powoduje wewnętrzne zwarcia i niewystarczającą absorpcję elektrolitów oraz zmniejszoną wydajność.
Podjęto wysiłki, aby zaradzić temu niedociągnięciu. Rozważano zastosowanie powłoki ceramicznej, ale uznano je za nieodpowiednie, ponieważ zwiększało to grubość separatorów i zmniejszało przyczepność.
W niedawnym badaniu naukowcy z Incheon National University zastosowali technikę polimeryzacji szczepionej w celu przymocowania jednolitej warstwy dwutlenku krzemu (SiO2) nanocząstek do separatorów polipropylenowych (PP). Separatory zmodyfikowano w ten sposób powłoką SiO2 o grubości 200 nm są bardziej odporne na ciepło i hamują tworzenie się dendrytów, zachowując jednocześnie zdolność magazynowania energii. Sugeruje to, że separator na bazie polipropylenu (PPS) akumulatorów litowo-jonowych można zaimprowizować, aby złagodzić wewnętrzne zwarcia i sprawić, że akumulator będzie bezpieczniejszy i wydajniejszy.
Rozwój ten jest istotny i obiecujący w przypadku LIB w pojazdach elektrycznych (EV) i systemach magazynowania energii. Po wprowadzeniu na rynek improwizowane LIB charakteryzujące się większym bezpieczeństwem i wydajnością mogą pomóc w upowszechnieniu przyjaznych dla środowiska pojazdów elektrycznych.
***
Referencje:
- Manthiram, A. Refleksja na temat chemii katod baterii litowo-jonowych. Nat Commun 11, 1550 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15355-0
- Park J., i wsp 2024. Ultracienkie separatory warstwowe z nanocząsteczkami SiO2 w ramach strategii wielofunkcyjności powierzchni dla akumulatorów litowo-metalowych: znacznie zwiększona odporność na dendryt Li i właściwości termiczne. Materiały magazynujące energię. Tom 65, luty 2024, 103135. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103135
***
