Lithium-ion-batterier til elektriske køretøjer (EV'er) står over for sikkerheds- og stabilitetsproblemer på grund af overophedning af separatorer, kortslutninger og reduceret effektivitet. Med det formål at afbøde disse mangler brugte forskere en podepolymerisationsteknik og udviklede innovative lagdelte separatorer af silica nanopartikler, der er termisk stabile og holdbare. Batterier med disse separatorer er sikrere og viste forbedret ydeevne. Denne udvikling kan bidrage til indførelse af elbiler i retning af dekarbonisering af transportsektoren.
Den genopladelige Lithium-ion batterier (eller Li-ion-batterier eller LIB'er) er blevet overordentlig populære og allestedsnærværende i de sidste tre årtier. På grund af høj energitæthed, lav vægt og genopladelighed er disse meget brugt i mobiltelefoner, bærbare computere, audiovisuelle enheder, strømlagring og elektriske motorkøretøjer (EV'er) og er blevet en integreret del af dagligdagen. LIB'er er miljøvenlige, giver ren energilagring og bidrager til dekarbonisering økonomi.
Dog Lithium-ion batterier står over for sikkerhedsrisiko for elektriske køretøjer (EV'er) og energilagringssystemer, hovedsagelig på grund af overophedning af polyolefinseparatorer. Separatorerne forhindrer direkte kontakt mellem katode og anode, men de smelter, når temperaturen stiger til 160 °C på grund af overophedning. Som et resultat heraf kan anode og katode komme i direkte kontakt gennem dannelse af Li-dendritter, derfor interne kortslutninger og utilstrækkelig absorption af elektrolytter og reduceret effektivitet.
Der har været bestræbelser på at afhjælpe denne mangel. Det var tænkt på at påføre en belægning af keramik, men fandtes uegnet, fordi det øgede tykkelsen af separatorerne og reducerede vedhæftningen.
I en nylig undersøgelse brugte forskere Incheon National University podepolymerisationsteknik til at fastgøre et ensartet lag af siliciumdioxid (SiO)2) nanopartikler til polypropylen (PP) separatorer. Separatorerne modificerede således med en belægning af SiO2 med en tykkelse på 200 nm er mere varmebestandige og undertrykker dendritdannelse, mens energilagringskapaciteten bevares. Dette tyder på, at den polypropylenbaserede separator (PPS) af Li-ion-batterier kan improviseres for at afbøde interne kortslutninger og for at gøre batteriet mere sikkert og effektivt.
Denne udvikling er relevant og lovende for LIB'er i elektriske køretøjer (EV'er) og energilagringssystemer. Når først de er kommercialiseret, kan de improviserede LIB'er med bedre sikkerhed og effektivitet hjælpe med optagelsen af miljøvenlige elektriske køretøjer.
***
Referencer:
- Manthiram, A. En refleksion over lithium-ion batteri katode kemi. Nat Commun 11, 1550 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15355-0
- Park J., et al 2024. Ultratynde SiO2 nanopartikel lagdelte separatorer med en overflade multifunktionaliseringsstrategi for Li-metal batterier: Meget forbedret Li-dendrit modstand og termiske egenskaber. Energilagringsmaterialer. Bind 65, februar 2024, 103135. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103135
***
