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
***
