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.
De oplaadbare Lithium-ion batterijen (of Li-ion-batterijen of LIB's) zijn de afgelopen dertig jaar buitengewoon populair en alomtegenwoordig geworden. Vanwege de hoge energiedichtheid, het lichte gewicht en de oplaadbaarheid worden deze veel gebruikt in mobiele telefoons, laptops, audiovisuele apparaten, energieopslag en elektrische motorvoertuigen (EV's) en zijn ze een integraal onderdeel van het dagelijks leven geworden. LIB's zijn milieuvriendelijk, zorgen voor schone energieopslag en dragen bij aan koolstofarm maken economie.
Echter, Lithium-ion batterijen lopen veiligheidsrisico's voor elektrische voertuigen (EV's) en energieopslagsystemen, voornamelijk als gevolg van oververhitting van polyolefineafscheiders. De scheiders voorkomen direct contact tussen kathode en anode, maar smelten als de temperatuur door oververhitting tot 160 °C stijgt. Als gevolg hiervan kunnen anode en kathode in direct contact komen door de vorming van Li-dendrieten, vandaar interne kortsluitingen en onvoldoende absorptie van elektrolyten en verminderde efficiëntie.
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 recente studie gebruikten onderzoekers Incheon National University de entpolymerisatietechniek om een uniforme laag siliciumdioxide (SiO2) nanodeeltjes naar polypropyleen (PP) scheiders. De scheiders zijn aldus gemodificeerd met een coating van SiO2 met een dikte van 200 nm zijn hittebestendiger en onderdrukt dendrietvorming terwijl de energieopslagcapaciteit behouden blijft. Dit suggereert dat de op polypropyleen gebaseerde separator (PPS) van Li-ion-batterijen kan worden geïmproviseerd 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
***
