Bei Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge (EVs) bestehen Sicherheits- und Stabilitätsprobleme aufgrund von Überhitzung der Separatoren, Kurzschlüssen und verringerter Effizienz. Um diese Mängel zu beheben, verwendeten die Forscher eine Pfropfpolymerisationstechnik und entwickelten innovative Schichtseparatoren aus Siliziumdioxid-Nanopartikeln, die thermisch stabil und langlebig sind. Batterien mit diesen Separatoren sind sicherer und weisen eine verbesserte Leistung auf. Diese Entwicklung kann zur Einführung von Elektrofahrzeugen zur Dekarbonisierung des Verkehrssektors beitragen.
Der wiederaufladbare Lithium-Ionen-Akku Batterien (oder Li-Ionen-Batterien oder LIBs) sind in den letzten drei Jahrzehnten äußerst beliebt und allgegenwärtig geworden. Aufgrund ihrer hohen Energiedichte, ihres geringen Gewichts und ihrer Wiederaufladbarkeit werden sie häufig in Mobiltelefonen, Laptops, audiovisuellen Geräten, Energiespeichern und Elektrofahrzeugen (EVs) eingesetzt und sind zu einem festen Bestandteil des täglichen Lebens geworden. LIBs sind umweltfreundlich, bieten saubere Energiespeicher und tragen dazu bei Dekarbonisierung Wirtschaft.
Allerdings Lithium-Ionen Batterien Sicherheitsrisiken für Elektrofahrzeuge (EVs) und Energiespeichersysteme sind vor allem auf die Überhitzung von Polyolefin-Separatoren zurückzuführen. Die Separatoren verhindern den direkten Kontakt zwischen Kathode und Anode, schmelzen jedoch, wenn die Temperatur aufgrund von Überhitzung auf 160 °C ansteigt. Infolgedessen können Anode und Kathode durch die Bildung von Li-Dendriten in direkten Kontakt kommen, was zu internen Kurzschlüssen, einer unzureichenden Absorption von Elektrolyten und einer verringerten Effizienz führt.
Es wurden Anstrengungen unternommen, um diesen Mangel zu beheben. Es wurde darüber nachgedacht, eine Keramikbeschichtung aufzutragen, die sich jedoch als ungeeignet erwies, da sie die Dicke der Separatoren erhöhte und die Haftung verringerte.
In einer aktuellen Studie verwendeten Forscher der Incheon National University die Pfropfpolymerisationstechnik, um eine gleichmäßige Schicht aus Siliziumdioxid (SiO) anzubringen2) Nanopartikel bis hin zu Polypropylen (PP)-Separatoren. Die so modifizierten Separatoren wurden mit einer Beschichtung aus SiO versehen2 mit einer Dicke von 200 nm sind hitzebeständiger und unterdrücken die Dendritenbildung bei gleichzeitiger Beibehaltung der Energiespeicherkapazität. Dies deutet darauf hin, dass der Polypropylen-basierte Separator (PPS) von Li-Ionen-Batterien improvisiert werden kann, um interne Kurzschlüsse zu mildern und die Batterie sicherer und effizienter zu machen.
Diese Entwicklung ist relevant und vielversprechend für LIBs in Elektrofahrzeugen (EVs) und Energiespeichersystemen. Nach der Kommerzialisierung können die improvisierten LIBs mit höherer Sicherheit und Effizienz zur Einführung umweltfreundlicher Elektrofahrzeuge beitragen.
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References:
- Manthiram, A. Eine Reflexion über die Kathodenchemie von Lithium-Ionen-Batterien. Nat Commun 11, 1550 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15355-0
- Park J., et al 2024. Ultradünne SiO2-Nanopartikel-Schichtseparatoren durch eine Oberflächen-Multifunktionalisierungsstrategie für Li-Metall-Batterien: Stark verbesserte Li-Dendriten-Beständigkeit und thermische Eigenschaften. Energiespeichermaterialien. Band 65, Februar 2024, 103135. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103135
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