Российские исследователи разработали новый органо-неорганический сепаратор для литий-ионных аккумуляторов — ключевой элемент, разделяющий катодное и анодное пространства. За счёт включения силикатных наночастиц материал стал прочнее, устойчивее к высоким температурам и лучше смачивается электролитом. Как сообщили в пресс-службе Российский научный фонд, это напрямую влияет на ресурс аккумуляторов, их энергоёмкость и способность удерживать заряд.
Почему обычные сепараторы ограничивают аккумуляторы
Литий-ионные аккумуляторы применяются повсеместно — от смартфонов до космической техники. Их сильная сторона — высокая плотность энергии и сравнительно небольшой вес. Однако безопасность и стабильность работы во многом зависят от сепаратора.
Сегодня такие элементы чаще всего изготавливают из пористых полимерных плёнок на основе полиэтилена или полипропилена. При температурах выше 120 °C они склонны к термической усадке, что может привести к сбою или выходу аккумулятора из строя. Дополнительная проблема — слабая смачиваемость полярными растворителями электролита, из-за чего ухудшается перенос ионов лития.
Силикатное покрытие с «самозакручивающейся» структурой
Решение предложили учёные Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе РАН и НИЦ Курчатовский институт — ПИЯФ — ИВС. Они модифицировали полипропиленовый сепаратор покрытием из синтетического слоистого гидросиликата.
Для синтеза использовался гидротермальный метод, приближающийся к условиям формирования природных минералов. В автоклаве при повышенных температуре и давлении образовался силикат с необычной морфологией: его слои самопроизвольно изгибаются и сворачиваются в нанотрубки и наносвитки.
Что изменилось в характеристиках
Сепаратор покрывали суспензией из наносвитков и полимерного связующего, формируя гибридную мембрану. В результате удалось получить материал с улучшенными эксплуатационными параметрами:
— вырос предел прочности на разрыв и допустимое растяжение,
— значительно улучшилась смачиваемость компонентами электролита,
— снизилась термическая усадка при нагреве.
Кроме того, такое покрытие выравнивает поток ионов лития через сепаратор. Это обеспечивает более равномерное осаждение лития на аноде и снижает риск образования дендритов — металлических «игл», способных вызвать короткое замыкание.
Куда дальше будут развивать технологию
Руководитель проекта, доктор химических наук Андрей Красилин, отмечает, что текущая работа — лишь первый этап. В планах команды:
— модифицировать полиолефиновые сепараторы гидросиликатами разной структуры и морфологии,
— создавать сепараторы на основе нетканых материалов с высокой пористостью для режимов высоких токов,
— разработать ультратонкие сепараторы на основе слоистых силикатов и органического связующего, что позволит уменьшить габариты аккумуляторов.
Публикация и научная база
Исследование выполнено при поддержке Российский научный фонд и Санкт-Петербургского научного фонда. Результаты опубликованы в журнале Journal of Power Sources.
Разработка наносвитковых сепараторов добавляет ещё один инструмент к задаче повышения надёжности и долговечности литий-ионных аккумуляторов — без радикального изменения их базовой конструкции.
Интересна тема?
Подпишитесь на наши новости: Блог | Telegram | VK | Дзен
Продаете и покупаете промышленные товары, сырьё, материалы и оборудование? Ищем производителей и предпринимателей: Маркетплейс Первая Миля | Подробнее
Для обращений и предложений: info@cargo.sale / 8-800-3333-260