ทีมงานจีนพัฒนาเครื่องแยกแบตเตอรี่ที่ทนต่ออุณหภูมิสูงใหม่เพื่อปรับปรุงความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียม

เมื่อเร็ว ๆ นี้ ความกังวลเกี่ยวกับความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งศักยภาพของอุณหภูมิสูงกะทันหันระหว่างการชาร์จ ได้รับความสนใจอย่างมาก ทีมวิจัยจากสถาบันฟิสิกส์สมัยใหม่ที่ Chinese Academy of Sciences ร่วมกับมหาวิทยาลัยหลานโจวและห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีพลังงานขั้นสูงมณฑลกวางตุ้งได้พัฒนากระบวนการที่เป็นนวัตกรรมใหม่ในการสร้างเครื่องแยกโพลีอิไมด์ที่ทนต่ออุณหภูมิสูง งานนี้ทําได้โดยใช้เทคโนโลยีแทร็กไอออนและได้รับการสนับสนุนจาก Lanzhou Heavy Ion Accelerator มีจุดมุ่งหมายเพื่อปรับปรุงความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

การค้นพบนี้แสดงถึงความก้าวหน้าที่สําคัญในวิทยาศาสตร์วัสดุแบตเตอรี่ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร ACS Nano ทั้งผู้เขียนคนแรกและผู้เขียนที่เกี่ยวข้องมาจากสถาบันฟิสิกส์สมัยใหม่

ทีมงานอธิบายว่าตัวแยกเป็นส่วนประกอบสําคัญของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เนื่องจากแยกอิเล็กโทรดในขณะที่อนุญาตให้ขนส่งลิเธียมไอออนได้ ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียมเชิงพาณิชย์มีความหนาแน่นของพลังงานสูงถึง 300 Wh/kg แต่ปัญหาด้านความปลอดภัยจะมีความสําคัญมากขึ้นด้วยความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น เครื่องแยกโพลีโอเลฟินแบบดั้งเดิมซึ่งขาดเสถียรภาพทางความร้อนและมีโครงสร้างรูพรุนที่ไม่สอดคล้องกันมีแนวโน้มที่จะหดตัวที่อุณหภูมิสูงซึ่งอาจทําให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร

โพลีอิไมด์ถือเป็นวัสดุที่เหมาะสําหรับเครื่องแยกที่ปลอดภัยยิ่งขึ้นเนื่องจากมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยมความแข็งแรงเชิงกลสูงและความทนทานทางเคมี การพัฒนาตัวแยกโพลีอิไมด์ที่มีโครงสร้างรูพรุนที่สอดคล้องกันเป็นสิ่งสําคัญสําหรับการปรับปรุงความปลอดภัยของแบตเตอรี่

ทีมงานได้สร้างกระบวนการผลิตใหม่สําหรับเครื่องแยกโพลีอิไมด์ ตัวคั่นเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่สําคัญเหนือโพลีโอเลฟิน:

• ความแข็งแรงเชิงกลสูง: สูงถึง 150.6 MPa
• เสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม: ไม่มีการหดตัวที่ 450 °C
• การกระจายขนาดรูขุมขนแคบ: ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน <6%
• ช่องรูขุมขนในแนวตั้ง: ความคดเคี้ยว = 1

ภายใต้สภาวะการทดสอบ 3 mA/cm² เซลล์สมมาตรลิเธียมที่ใช้ตัวคั่นเหล่านี้หมุนเวียนอย่างเสถียรเป็นเวลา 1,200 ชั่วโมง และแสดงการสะสมของลิเธียมที่สม่ําเสมอ นอกจากนี้ เซลล์ซองลิเธียมไอรอนฟอสเฟตที่ติดตั้งตัวคั่นยังทําได้ 1,000 รอบที่อุณหภูมิห้องโดยมีอัตราการกักเก็บความจุ 73.25% และทํางานได้อย่างน่าเชื่อถือที่อุณหภูมิ 150°C

การวิจัยนี้นําเสนอแนวทางใหม่ในการพัฒนาตัวแยกแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและกระบวนการผลิตที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพสูง ซึ่งเป็นเส้นทางที่มีแนวโน้มในการเพิ่มความปลอดภัยของแบตเตอรี่