Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου για ηλεκτρικά οχήματα (EV) αντιμετωπίζουν προβλήματα ασφάλειας και σταθερότητας λόγω υπερθέρμανσης των διαχωριστών, βραχυκυκλωμάτων και μειωμένης απόδοσης. Με στόχο να μετριάσουν αυτές τις ελλείψεις, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τεχνική πολυμερισμού μοσχεύματος και ανέπτυξαν καινοτόμους διαχωριστές με στρώματα νανοσωματιδίων πυριτίου που είναι θερμικά σταθεροί και ανθεκτικοί. Οι μπαταρίες με αυτούς τους διαχωριστές είναι πιο ασφαλείς και έδειξαν βελτιωμένη απόδοση. Αυτή η εξέλιξη μπορεί να συμβάλει στην υιοθέτηση των ηλεκτρικών οχημάτων για την απαλλαγή από τις εκπομπές άνθρακα στον τομέα των μεταφορών.
Το επαναφορτιζόμενο ιόν λιθίου μπαταρίες (ή μπαταρίες ιόντων λιθίου ή LIB) έχουν γίνει εξαιρετικά δημοφιλείς και πανταχού παρούσες τις τελευταίες τρεις δεκαετίες. Λόγω της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας, του μικρού βάρους και της επαναφορτισιμότητας, χρησιμοποιούνται ευρέως σε κινητά τηλέφωνα, φορητούς υπολογιστές, οπτικοακουστικές συσκευές, αποθήκευση ενέργειας και ηλεκτροκίνητα οχήματα (EVs) και έχουν γίνει αναπόσπαστο μέρος της καθημερινής ζωής. Τα LIB είναι φιλικά προς το περιβάλλον, παρέχουν αποθήκευση καθαρής ενέργειας και συμβάλλουν σε απανθρακοποίησης οικονομία.
Ωστόσο, ιόντα λιθίου μπαταρίες αντιμετωπίζουν κίνδυνο ασφάλειας για τα ηλεκτρικά οχήματα (EV) και τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας κυρίως λόγω υπερθέρμανσης των διαχωριστών πολυολεφίνης. Οι διαχωριστές εμποδίζουν την άμεση επαφή μεταξύ καθόδου και ανόδου, αλλά λιώνουν όταν η θερμοκρασία αυξάνεται στους 160 °C λόγω υπερθέρμανσης. Ως αποτέλεσμα, η άνοδος και η κάθοδος μπορεί να έρθουν σε άμεση επαφή μέσω του σχηματισμού δενδριτών Li, επομένως εσωτερικών βραχυκυκλωμάτων και ανεπαρκούς απορρόφησης ηλεκτρολυτών και μειωμένης απόδοσης.
Έχουν γίνει προσπάθειες να αντιμετωπιστεί αυτή η αδυναμία. Η εφαρμογή μιας επίστρωσης κεραμικών θεωρήθηκε αλλά θεωρήθηκε ακατάλληλη επειδή αύξησε το πάχος των διαχωριστών και μείωσε την πρόσφυση.
Σε μια πρόσφατη μελέτη, οι ερευνητές του Εθνικού Πανεπιστημίου Incheon χρησιμοποίησαν τεχνική πολυμερισμού μοσχεύματος για να συνδέσουν ένα ομοιόμορφο στρώμα διοξειδίου του πυριτίου (SiO2) διαχωριστές νανοσωματιδίων σε πολυπροπυλένιο (PP). Οι διαχωριστές τροποποιήθηκαν έτσι με μια επίστρωση SiO2 πάχους 200 nm είναι πιο ανθεκτικά στη θερμότητα και καταστέλλουν τον σχηματισμό δενδρίτη διατηρώντας παράλληλα την ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας. Αυτό υποδηλώνει ότι ο διαχωριστής με βάση το πολυπροπυλένιο (PPS) των μπαταριών ιόντων λιθίου μπορεί να αυτοσχεδιαστεί για να μετριάσει τα εσωτερικά βραχυκυκλώματα και να κάνει την μπαταρία ασφαλέστερη και αποτελεσματική.
Αυτή η εξέλιξη είναι σχετική και πολλά υποσχόμενη για τα LIB στα ηλεκτρικά οχήματα (EV) και τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας. Μόλις διατεθούν στο εμπόριο, τα αυτοσχέδια LIB με καλύτερη ασφάλεια και απόδοση μπορούν να βοηθήσουν στην υιοθέτηση φιλικών προς το περιβάλλον ηλεκτρικών οχημάτων.
***
αναφορές:
- Manthiram, A. Μια αντανάκλαση στη χημεία καθόδου μπαταρίας ιόντων λιθίου. Nat Commun 11, 1550 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15355-0
- Park J., et αϊ 2024. Εξαιρετικά λεπτοί διαχωριστές με στρώματα νανοσωματιδίων SiO2 με στρατηγική επιφανειακής πολυλειτουργικότητας για μπαταρίες λιθίου μετάλλου: Ιδιαίτερα βελτιωμένη αντοχή σε δενδρίτη και θερμικές ιδιότητες. Υλικά Αποθήκευσης Ενέργειας. Τόμος 65, Φεβρουάριος 2024, 103135. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103135
***
