Lithium-ionbatterijen voor elektrische voertuigen (EV’s) worden geconfronteerd met veiligheids- en stabiliteitsproblemen als gevolg van oververhitting van scheiders, kortsluiting en verminderde efficiëntie. Om deze tekortkomingen te verzachten, gebruikten onderzoekers een entpolymerisatietechniek en ontwikkelden ze innovatieve gelaagde separatoren met silica-nanodeeltjes die thermisch stabiel en duurzaam zijn. Batterijen met deze scheiders zijn veiliger en presteren beter. Deze ontwikkeling kan bijdragen aan de adoptie van elektrische voertuigen om de transportsector koolstofvrij te maken.
Oplaadbare lithium-ionbatterijen ( of Li-ionbatterijen of LIB's) zijn de afgelopen drie decennia enorm populair en alomtegenwoordig geworden. Dankzij hun hoge energiedichtheid, lichte gewicht en oplaadbaarheid worden ze veelvuldig gebruikt in mobiele telefoons, laptops, audiovisuele apparaten, energieopslag en elektrische voertuigen (EV's) en zijn ze een integraal onderdeel van het dagelijks leven geworden. LIB's zijn milieuvriendelijk, bieden schone energieopslag en dragen bij aan de decarbonisatie van de economie.
Lithium- ionbatterijen brengen echter veiligheidsrisico's met zich mee voor elektrische voertuigen (EV's) en energieopslagsystemen, voornamelijk door oververhitting van de polyolefine-separatoren. Deze separatoren voorkomen direct contact tussen kathode en anode, maar smelten bij temperaturen boven de 160 °C als gevolg van oververhitting. Hierdoor kunnen anode en kathode direct met elkaar in contact komen door de vorming van lithiumdendrieten, wat leidt tot interne kortsluiting, onvoldoende absorptie van elektrolyten en een verminderd rendement.
Er zijn pogingen ondernomen om deze tekortkoming aan te pakken. Er werd gedacht aan het aanbrengen van een coating van keramiek, maar deze werd niet geschikt bevonden omdat dit de dikte van de scheiders vergroot en de hechting vermindert.
In een recent onderzoek hebben onderzoekers van de Incheon National University de entpolymerisatietechniek gebruikt om een uniforme laag siliciumdioxide (SiO₂) nanodeeltjes aan polypropyleen (PP) separatoren te hechten . De separatoren die op deze manier gemodificeerd zijn met een SiO₂-coating van 200 nm dikte, zijn beter bestand tegen hitte en onderdrukken dendrietvorming, terwijl de energieopslagcapaciteit behouden blijft. Dit suggereert dat de op polypropyleen gebaseerde separator (PPS) van lithium-ionbatterijen verbeterd kan worden om interne kortsluitingen te verminderen en de batterij veiliger en efficiënter te maken.
Deze ontwikkeling is relevant en veelbelovend voor LIB's in elektrische voertuigen (EV's) en energieopslagsystemen. Eenmaal gecommercialiseerd, kunnen de geïmproviseerde LIB's met betere veiligheid en efficiëntie bijdragen aan de introductie van milieuvriendelijke elektrische voertuigen.
***
Referenties:
- Manthiram, A. Een reflectie op de kathodechemie van lithium-ionbatterijen. Nat Commun 11, 1550 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15355-0
- Park J., c.s. 2024. Ultradunne SiO2-nanodeeltjesgelaagde scheiders door een multifunctionalisatiestrategie op het oppervlak voor Li-metaalbatterijen: sterk verbeterde Li-dendrietweerstand en thermische eigenschappen. Materialen voor energieopslag. Jaargang 65, februari 2024, 103135. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103135
***
 face safety and stability issues due to overheating of separators, short circuits and reduced efficiency. With an aim to mitigate these shortcomings, researchers used a graft polymerization technique and developed innovative silica nanoparticles layered separators that are thermally stable and durable. Batteries with these separators are safer and showed improved performance. This development can contribute to adoption of EVs towards decarbonising transport sector. ){kind=link}