باتری لیتیومی برای وسایل نقلیه الکتریکی (EVs): جداکننده‌ها با پوشش‌های نانوذرات سیلیس ایمنی را افزایش می‌دهند.  

باتری‌های لیتیوم یون برای وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) به دلیل گرم شدن بیش از حد جداکننده‌ها، اتصال کوتاه و کاهش راندمان با مشکلات ایمنی و پایداری مواجه هستند. با هدف کاهش این کاستی‌ها، محققان از تکنیک پلیمریزاسیون پیوند استفاده کردند و جداکننده‌های ابتکاری نانوذرات سیلیکا را توسعه دادند که از نظر حرارتی پایدار و بادوام هستند. باتری های دارای این جداکننده ها ایمن تر هستند و عملکرد بهتری را نشان می دهند. این توسعه می تواند به پذیرش خودروهای برقی به سمت کربن زدایی بخش حمل و نقل کمک کند.  

باتری‌های لیتیوم-یونی قابل شارژ (یا باتری‌های لیتیوم-یونی یا LIB) در سه دهه گذشته بسیار محبوب و فراگیر شده‌اند. به دلیل چگالی انرژی بالا، وزن سبک و قابلیت شارژ مجدد، این باتری‌ها به طور گسترده در تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ‌ها، دستگاه‌های صوتی-تصویری، ذخیره‌سازی انرژی و وسایل نقلیه موتوری الکتریکی (EV) مورد استفاده قرار می‌گیرند و به بخش جدایی‌ناپذیر زندگی روزمره تبدیل شده‌اند. LIBها سازگار با محیط زیست هستند، ذخیره‌سازی انرژی پاک را فراهم می‌کنند و به اقتصاد کربن‌زدایی کمک می‌کنند.

با این حال، باتری‌های لیتیوم-یونی برای وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) و سیستم‌های ذخیره انرژی، عمدتاً به دلیل گرمای بیش از حد جداکننده‌های پلی‌اولفین، با خطر ایمنی مواجه هستند. جداکننده‌ها از تماس مستقیم بین کاتد و آند جلوگیری می‌کنند، اما وقتی دما به دلیل گرمای بیش از حد به ۱۶۰ درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد، ذوب می‌شوند. در نتیجه، آند و کاتد ممکن است از طریق تشکیل دندریت‌های لیتیوم در تماس مستقیم قرار گیرند، از این رو مدارهای کوتاه داخلی و جذب ناکافی الکترولیت‌ها و کاهش راندمان ایجاد می‌شود.

تلاش هایی برای رفع این کاستی صورت گرفته است. استفاده از پوشش سرامیک تصور می شد اما نامناسب به نظر می رسید زیرا باعث افزایش ضخامت جداکننده ها و کاهش چسبندگی می شد.  

در یک مطالعه اخیر، محققان دانشگاه ملی اینچئون از تکنیک پلیمریزاسیون پیوندی برای اتصال یک لایه یکنواخت از نانوذرات دی اکسید سیلیکون (SiO2) به جداکننده‌های پلی پروپیلن (PP) استفاده کردند _. جداکننده‌هایی که بدین ترتیب با پوششی از SiO2 با ضخامت 200 نانومتر اصلاح شده‌اند، _در برابر حرارت مقاوم‌تر هستند و تشکیل دندریت را سرکوب می‌کنند، در حالی که ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی را حفظ می‌کنند. این نشان می‌دهد که جداکننده مبتنی بر پلی پروپیلن (PPS) باتری‌های لیتیوم-یونی را می‌توان برای کاهش مدارهای کوتاه داخلی و ایمن‌تر و کارآمدتر کردن باتری، به صورت بداهه ساخت.

این توسعه برای LIB ها در وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) و سیستم های ذخیره انرژی مناسب و امیدوارکننده است. پس از تجاری سازی، LIB های بداهه با ایمنی و کارایی بهتر می توانند به جذب خودروهای الکتریکی دوستدار محیط زیست کمک کنند.  

*** 

منابع:  

1. Manthiram، A. بازتابی در شیمی کاتد باتری لیتیوم یون. Nat Commun 11, 1550 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15355-0  

2. پارک جی. و همکاران 2024. جداکننده‌های لایه‌ای نانوذرات SiO2 فوق‌العاده نازک با یک استراتژی چند عملکردی سطحی برای باتری‌های لیتیوم فلزی: مقاومت لیتیوم-دندریت و خواص حرارتی بسیار افزایش یافته است. مواد ذخیره انرژی جلد 65، فوریه 2024، 103135. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103135  

***