Отечественные специалисты разработали технологию, позволяющую улучшить и снизить стоимость создания полимерных пленок-сепараторов - ключевых компонентов литий-ионных аккумуляторов, используемых в современной электронике
Авторы данной работы смогли решить актуальную проблему, которая заключалась в том, что полимеры в различных растворах могли проявлять неожиданные свойства, такие как то, что одна и та же пленка могла размягчаться в одной среде и становится прочной в иной. Ученые разработали физико-математическую модель, которая позволяет предсказывать похожие эффекты. Эта модель значительно упрощает процесс создания литий-ионных батарей, поскольку теперь для выбора оптимальных пар "полимер - растворитель" требуется только два параметра, вместо предыдущих пятнадцати.
Новая методика оптимизации и удешевления процесса создания полимерных пленок, являющихся важнейшим компонентом литий-ионных аккумуляторов разработана учеными Череповецкого государственного университета. Это открытие может привести к снижению стоимости производства литий-ионных батарей и повышению их эффективности.
Результаты исследования представлены на страницах издания Applied Polymer Materials.
Полимерные пленки-сепараторы играют существенную роль в конструкции литий-ионных аккумуляторов, которые широко применяются в электронной и электрической транспортной индустрии, для питания устройств, таких как смартфоны, ноутбуки, электромобили и другие. Они обеспечивают предотвращение короткого замыкания между анодом и катодом батареи и должны быть механически надежными и стабильными для поддержания работоспособности аккумулятора в различных условиях эксплуатации. Кроме того, они должны выдерживать агрессивное воздействие растворителя, который содержится в составе электролита аккумулятора.
Прежде, исследователи столкнулись с проблемой использования полипропиленовых пленок в аккумуляторах, которые вели себя непредсказуемо в разных растворителях. Известно, что некоторые растворители вызывают заметное понижение механических свойств сепаратора, что приводит к его размягчению. Однако было обнаружено, что другие растворители не оказывают негативного влияния на сепаратор, и могут даже улучшать его механические свойства, в то время как сохраняют все свойства сухой пленки. Это явление получило название пороэластического эффекта.
В течение продолжительного времени научные исследователи были затруднены поиском способа предвидеть подобный эффект, который создает препятствия в процессе работы над новыми полимерными плёнками-сепараторами. Кроме того, ученые стремились выяснить, в каких условиях возникает обратимый положительный эффект упрочнения полимерной плёнки в растворителе.
Ученые из ЧГУ успешно решили задачу, разработав универсальную модель для быстрого подбора совместимости растворов и полимеров. Она основана всего на двух дополнительных параметрах: коэффициенте набухания пленки и показателе взаимодействия Флори-Хаггинса для конкретной пары "полимер - раствор". С помощью этой модели первый параметр можно измерить всего за два раствора, в отличие от 15, которые использовали химики ранее. Второй параметр рассчитывается на основе химического строения полимера и растворителя, с использованием теории нобелевского лауреата по химии Пола Флори для растворов непористых полимеров, пишет RT на русском.
По словам сотрудника лаборатории математического и компьютерного моделирования наноструктур ЧГУ Владислава Егорова, данная методика в будущем дает шанс реализовать и удешевить отечественное производство литий-ионных аккумуляторов уже на собственном полимерном сырье, освободив его от импорта полипропиленовых пленок. Исследователи намерены доработать метод и определить оптимальные значения параметров для подбора наилучших растворителей для других типов полимерных пленок, используемых в литий-ионных аккумуляторах.
Спасибо, что читаете «Капитал страны»! Получайте первыми самые важные новости в нашем Telegram-канале или Вступайте в группу в «ВКонтакте» или в «Одноклассниках»