Аккумуляторы, которые можно собирать на воздухе

Честь Нобелевской премии по химии 2020 года досталась тем, кто разработал литий-ионные аккумуляторные батареи. Эти батареи стали важным источником энергии для электронных устройств, от небольших ИТ-устройств до электромобилей. Tesla, ведущий производитель автомобилей в США, недавно подчеркнул необходимость создания инновационной производственной системы и снижения стоимости аккумуляторов. Цена на батареи составляет большую часть электромобилей, и снижение стоимости жизненно важно для их популяризации.

Совместная исследовательская группа под руководством профессора Суджин Пак и доктора философии Кандидат Хе Бин Сон с химического факультета POSTECH вместе с профессором Сынмин Ю из Ульсанского колледжа успешно разработали многофункциональный сепаратор, который позволяет батареям работать даже тогда, когда пакетный элемент собирается на воздухе . Эти результаты были представлены в последнем онлайн-выпуске Energy Storage Materials.

Поскольку электролит внутри батареи вступает в реакцию с влагой, вызывая износ, литий-ионные батареи обычно собирают в сухом помещении, в котором поддерживается уровень влажности менее 1%. Однако поддержание сухого помещения обходится довольно дорого.

Чтобы решить эту проблему, были проведены исследования по подавлению примесей, таких как влага или плавиковая кислота, путем введения добавок в электролиты. Но они могут вызвать нежелательные побочные реакции при работе от батареи. Фактически, когда батареи активируются при высокой температуре (50 ° C или выше), даже небольшая влажность вызывает более быстрое ухудшение характеристик. Следовательно, существует потребность в материале, способном удерживать влагу и примеси в батарее без неблагоприятных электрохимических реакций на добавки.

С этой целью совместная исследовательская группа представила функциональные материалы, которые могут улавливать загрязнения на поверхности сепаратора, повышая термическую стабильность и улучшая характеристики батареи. Этот многофункциональный сепаратор продемонстрировал превосходную термостойкость (усадка в пределах 10% после 30 минут хранения при 140 ° C. Обычный сепаратор имел усадку 50%) и, кроме того, показал улучшенные электрохимические характеристики при высокой температуре 55 ° C. (79% первоначальной емкости сохраняется после 100 циклов зарядки).

Кроме того, исследователи подтвердили эффективность функционального материала в электролите в среде, заполненной примесями. Силановое соединение на поверхности синтезированной функциональной керамики улавливает влагу и хорошо поддерживает керамическую структуру, но в целом керамический материал подвергся коррозии подкисленным электролитом. Более того, с помощью этого исследования команда подтвердила, что этот многофункциональный сепаратор, произведенный в окружающем воздухе, на этот раз демонстрирует более длительный срок службы, чем обычные сепараторы, подтверждая, что он обеспечивает стабильную работу, превосходящую роль простого сепаратора.

«Этот недавно разработанный многофункциональный сепаратор демонстрирует высокую стабильность и отличные электрохимические характеристики при высокой плотности энергии», - отмечает профессор Суджин Парк, который долгое время изучал сепараторы батарей с помощью различных подходов. «Ожидается, что этот первый успешный случай изготовления батарей в окружающем воздухе сыграет большую роль в снижении стоимости батарей».