Litiumjonbatterier för elfordon (EV) möter säkerhets- och stabilitetsproblem på grund av överhettning av separatorer, kortslutningar och minskad effektivitet. I syfte att mildra dessa brister använde forskare en ymppolymerisationsteknik och utvecklade innovativa skiktade separatorer för nanopartiklar av kiseldioxid som är termiskt stabila och hållbara. Batterier med dessa separatorer är säkrare och visade förbättrad prestanda. Denna utveckling kan bidra till införandet av elbilar för att minska koldioxidutsläppen i transportsektorn.
Den uppladdningsbara litiumjonen batterier (eller Li-ion-batterier eller LIB) har blivit oerhört populära och överallt under de senaste tre decennierna. På grund av hög energitäthet, låg vikt och laddningsbarhet används dessa flitigt i mobiltelefoner, bärbara datorer, audiovisuella enheter, energilagring och elektriska motorfordon (EV) och har blivit en integrerad del av det dagliga livet. LIB:er är miljövänliga, ger ren energilagring och bidrar till avkolning ekonomi.
Däremot Litium-jon batterier utsätts för säkerhetsrisker för elfordon (EV) och energilagringssystem främst på grund av överhettning av polyolefinseparatorer. Separatorerna förhindrar direktkontakt mellan katod och anod, men de smälter när temperaturen stiger till 160 °C på grund av överhettning. Som ett resultat kan anod och katod komma i direkt kontakt genom bildning av Li-dendriter, vilket leder till interna kortslutningar och otillräcklig absorption av elektrolyter och minskad effektivitet.
Det har gjorts ansträngningar för att komma till rätta med denna brist. Att applicera en beläggning av keramik var tänkt men fann olämpligt eftersom det ökade tjockleken på separatorerna och minskade vidhäftningen.
I en nyligen genomförd studie använde forskarna Incheon National University ymppolymerisationsteknik för att fästa ett enhetligt lager av kiseldioxid (SiO)2) nanopartiklar till polypropen (PP) separatorer. Separatorerna modifierade således med en beläggning av SiO2 med en tjocklek på 200 nm är mer värmebeständiga och undertrycker dendritbildning samtidigt som energilagringskapaciteten bibehålls. Detta tyder på att den polypropenbaserade separatorn (PPS) för Li-ion-batterier kan improviseras för att mildra interna kortslutningar och för att göra batteriet säkrare och effektivt.
Denna utveckling är relevant och lovande för LIB:er inom elfordon (EV) och energilagringssystem. När de väl kommersialiserats kan de improviserade LIB:erna med bättre säkerhet och effektivitet hjälpa till att ta upp miljövänliga elfordon.
***
Referenser:
- Manthiram, A. En reflektion över litiumjonbatteriets katodkemi. Nat Commun 11, 1550 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15355-0
- Park J., et al, 2024. Ultratunna SiO2 nanopartikelskiktade separatorer med en multifunktionaliseringsstrategi för ytan för Li-metallbatterier: Mycket förbättrad Li-dendritbeständighet och termiska egenskaper. Energilagringsmaterial. Volym 65, februari 2024, 103135. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103135
***
