Nhóm Trung Quốc phát triển bộ tách pin chịu nhiệt độ cao mới để cải thiện độ an toàn của pin Lithium

Gần đây, những lo ngại về sự an toàn của pin lithium - đặc biệt là khả năng nhiệt độ cao đột ngột trong quá trình sạc - đã thu hút được sự chú ý đáng kể. Một nhóm nghiên cứu từ Viện Vật lý Hiện đại tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, phối hợp với Đại học Lan Châu và Phòng thí nghiệm Khoa học và Công nghệ Năng lượng Tiên tiến tỉnh Quảng Đông, đã phát triển một quy trình sáng tạo để tạo ra các máy tách polyimide chịu nhiệt độ cao. Công việc này, đạt được bằng cách sử dụng công nghệ theo dõi ion và được hỗ trợ bởi Máy gia tốc ion nặng Lan Châu, nhằm mục đích cải thiện độ an toàn của pin lithium-ion.

Những phát hiện, đại diện cho một tiến bộ đáng kể trong khoa học vật liệu pin, đã được công bố trên tạp chí ACS Nano. Cả tác giả đầu tiên và tác giả tương ứng đều đến từ Viện Vật lý Hiện đại.

Nhóm nghiên cứu giải thích rằng bộ tách là thành phần quan trọng của pin lithium-ion, vì chúng cách ly các điện cực trong khi cho phép vận chuyển lithium-ion. Trong khi pin lithium thương mại hiện đạt mật độ năng lượng lên đến 300 Wh / kg, các vấn đề an toàn trở nên quan trọng hơn với mật độ năng lượng cao hơn. Máy tách polyolefin truyền thống, thiếu độ ổn định nhiệt và có cấu trúc lỗ không nhất quán, dễ bị co ngót ở nhiệt độ cao, có khả năng gây đoản mạch.

Polyimide được coi là vật liệu lý tưởng cho máy tách an toàn hơn do độ ổn định nhiệt tuyệt vời, độ bền cơ học cao và độ bền hóa học. Phát triển bộ tách polyimide với cấu trúc lỗ chân lông nhất quán là điều cần thiết để cải thiện độ an toàn của pin.

Sử dụng công nghệ theo dõi ion, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một quy trình sản xuất mới cho máy tách polyimide. Các thiết bị phân tách này thể hiện những ưu điểm đáng kể so với các thiết bị phân tách polyolefin:

• Độ bền cơ học cao: lên đến 150,6 MPa.
• Độ ổn định nhiệt tuyệt vời: không co ngót ở 450 °C.
• Phân bố kích thước lỗ hẹp: độ lệch chuẩn <6%.
• Các kênh lỗ chân lông được căn chỉnh theo chiều dọc: độ xoắn = 1.

Trong điều kiện thử nghiệm 3 mA / cm², các tế bào đối xứng lithium sử dụng các thiết bị phân tách này quay vòng ổn định trong 1.200 giờ và cho thấy sự lắng đọng lithium đồng đều, ngăn chặn hiệu quả sự phát triển của đuôi gai. Hơn nữa, các tế bào túi lithium iron phosphate được trang bị bộ tách đã đạt được 1.000 chu kỳ ở nhiệt độ phòng với tỷ lệ duy trì công suất 73,25% và hoạt động đáng tin cậy ở 150°C.

Nghiên cứu này cung cấp một cách tiếp cận mới để phát triển các quy trình sản xuất và bộ tách pin lithium-ion hiệu suất cao, đáng tin cậy, cung cấp một lộ trình đầy hứa hẹn để tăng cường an toàn cho pin.