Chiński zespół opracowuje nowy, odporny na wysokie temperatury separator baterii, aby poprawić bezpieczeństwo baterii litowych

Ostatnio duże zainteresowanie wzbudziły obawy dotyczące bezpieczeństwa baterii litowych – w szczególności możliwość wystąpienia nagłych wysokich temperatur podczas ładowania. Zespół badawczy z Instytutu Fizyki Nowoczesnej Chińskiej Akademii Nauk, we współpracy z Uniwersytetem w Lanzhou i Prowincjonalnym Laboratorium Zaawansowanej Nauki i Technologii Energetycznej w Guangdong, opracował innowacyjny proces tworzenia odpornych na wysokie temperatury separatorów poliimidowych. Prace te, zrealizowane przy użyciu technologii toru jonowego i wspierane przez akcelerator ciężkich jonów Lanzhou, mają na celu poprawę bezpieczeństwa akumulatorów litowo-jonowych.

Odkrycia, stanowiące znaczący postęp w materiałoznawstwie nad akumulatorami, zostały opublikowane w czasopiśmie ACS Nano. Zarówno pierwszy autor, jak i autor korespondencyjny pochodzą z Instytutu Fizyki Współczesnej.

Zespół wyjaśnił, że separatory są istotnymi elementami akumulatorów litowo-jonowych, ponieważ izolują elektrody, umożliwiając jednocześnie transport litowo-jonowy. Podczas gdy komercyjne baterie litowe osiągają obecnie gęstość energii do 300 Wh/kg, kwestie bezpieczeństwa stają się bardziej krytyczne przy wyższych gęstościach energii. Tradycyjne separatory poliolefinowe, które nie mają stabilności termicznej i charakteryzują się niespójną strukturą porów, są podatne na kurczenie się w wysokich temperaturach, co może powodować zwarcia.

Poliimid jest uważany za idealny materiał do bezpieczniejszych separatorów ze względu na doskonałą stabilność termiczną, wysoką wytrzymałość mechaniczną i trwałość chemiczną. Opracowanie separatorów poliimidowych o spójnej strukturze porów ma zasadnicze znaczenie dla poprawy bezpieczeństwa akumulatorów.

Korzystając z technologii torów jonowych, zespół stworzył nowy proces produkcyjny separatorów poliimidowych. Separatory te wykazują znaczące zalety w stosunku do separatorów poliolefinowych:

• Wysoka wytrzymałość mechaniczna: do 150,6 MPa.
• Doskonała stabilność termiczna: brak skurczu w temperaturze 450°C.
• Wąski rozkład wielkości porów: odchylenie standardowe <6%.
• Pionowo wyrównane kanały porów: krętość = 1.

W warunkach testowych 3 mA/cm² symetryczne ogniwa litowe wykorzystujące te separatory pracowały stabilnie przez 1 godzin i wykazywały równomierne osadzanie litu, skutecznie hamując wzrost dendrytów. Ponadto ogniwa litowo-żelazowo-fosforanowo-fosforanowe wyposażone w separatory osiągnęły 200 cykli w temperaturze pokojowej przy wskaźniku zachowania pojemności 1,000% i działały niezawodnie w temperaturze 73°C.

Badania te oferują nowe podejście do opracowywania niezawodnych, wysokowydajnych separatorów akumulatorów litowo-jonowych i procesów produkcyjnych, zapewniając obiecującą ścieżkę poprawy bezpieczeństwa akumulatorów.