Lítium-iónové batérie pre elektrické vozidlá (EV) čelia problémom s bezpečnosťou a stabilitou v dôsledku prehrievania separátorov, skratov a zníženej účinnosti. S cieľom zmierniť tieto nedostatky výskumníci použili techniku štepenej polymerizácie a vyvinuli inovatívne vrstvené separátory s nanočasticami oxidu kremičitého, ktoré sú tepelne stabilné a odolné. Batérie s týmito separátormi sú bezpečnejšie a vykazujú lepší výkon. Tento vývoj môže prispieť k prijatiu EV smerom k dekarbonizácii dopravného sektora.
Dobíjacie lítium-iónové batérie (alebo Li-ion batérie alebo LIB) sa v posledných troch desaťročiach stali mimoriadne populárnymi a všadeprítomnými. Vďaka vysokej hustote energie, nízkej hmotnosti a možnosti nabíjania sú tieto široko používané v mobilných telefónoch, notebookoch, audiovizuálnych zariadeniach, zásobníkoch energie a elektrických motorových vozidlách (EV) a stali sa neoddeliteľnou súčasťou každodenného života. LIB sú ekologické, poskytujú čisté skladovanie energie a prispievajú k dekarbonizácia hospodárstva.
Avšak lítium-iónové batérie čelia bezpečnostnému riziku pre elektrické vozidlá (EV) a systémy skladovania energie najmä v dôsledku prehrievania separátorov polyolefínov. Separátory zabraňujú priamemu kontaktu medzi katódou a anódou, ale roztavia sa pri zvýšení teploty na 160 °C v dôsledku prehriatia. V dôsledku toho sa anóda a katóda môžu dostať do priameho kontaktu prostredníctvom tvorby Li dendritov, a tým k vnútorným skratom a nedostatočnej absorpcii elektrolytov a zníženej účinnosti.
Vyskytli sa snahy o riešenie tohto nedostatku. Uvažovalo sa o nanesení povlaku z keramiky, ale zistilo sa, že nie je vhodné, pretože zväčšuje hrúbku separátorov a znižuje priľnavosť.
V nedávnej štúdii výskumníci Incheon National University použili techniku štepenej polymerizácie na pripojenie rovnomernej vrstvy oxidu kremičitého (SiO2) separátory nanočastíc do polypropylénu (PP). Takto upravené separátory s povlakom SiO2 s hrúbkou 200 nm sú odolnejšie voči teplu a potláčajú tvorbu dendritov pri zachovaní kapacity akumulácie energie. To naznačuje, že separátor na báze polypropylénu (PPS) lítium-iónových batérií môže byť improvizovaný, aby sa zmiernili vnútorné skraty a aby bola batéria bezpečnejšia a efektívnejšia.
Tento vývoj je relevantný a sľubný pre LIB v elektrických vozidlách (EV) a systémoch skladovania energie. Po komercializácii môžu improvizované LIB s lepšou bezpečnosťou a účinnosťou pomôcť pri zavádzaní ekologických elektrických vozidiel.
***
Referencie:
- Manthiram, A. Úvaha o katódovej chémii lítium-iónových batérií. Nat Commun 11, 1550 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15355-0
- Park J., et al 2024. Ultratenké separátory SiO2 vrstvené nanočasticami so stratégiou povrchovej multifunkčnosti pre Li-kovové batérie: Vysoko zvýšená odolnosť proti Li-dendritu a tepelné vlastnosti. Materiály na skladovanie energie. Zväzok 65, február 2024, 103135. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103135
***
 face safety and stability issues due to overheating of separators, short circuits and reduced efficiency. With an aim to mitigate these shortcomings, researchers used a graft polymerization technique and developed innovative silica nanoparticles layered separators that are thermally stable and durable. Batteries with these separators are safer and showed improved performance. This development can contribute to adoption of EVs towards decarbonising transport sector. ){kind=link}