Исследователи разрабатывают коммерчески жизнеспособный и безопасный гель-электролитдля литиевых аккумуляторов

Производство аккумуляторов типа мешочка с конечным гелевым электролитом осуществляется путем выполнения идентичного производственного процесса в качестве обычных коммерческих мешочков, включая этапы образования и дегазации, с добавлением электронного луча.Кредит: Postech

Литий-ионные батареи широко используются в портативной электронике и хранении энергии, включая электромобили.Тем не менее, жидкие электролиты, используемые в этих батареях, представляют значительный риск пожара и взрыва, что побуждает к постоянным исследовательским усилиям по поиску более безопасных альтернатив.

Одной из альтернативы является полуслительная батарея, которая представляет собой среднюю землю между традиционными литий-ионными батареями с жидкими электролитами и твердыми батареями.Используя гелеподобный электролит, эти батареи предлагают повышенную стабильность, плотность энергии и относительно более длительный срок службы.

Создание гелевых электролитов обычно включает в себя длительную термообработку при высоких температурах, что может ухудшить электролит, что приводит к снижению производительности батареи и увеличению производственных затрат.Кроме того, сопротивление интерфейса между полуслительным электролитом и электродом создает проблему в процессе изготовления.

Предыдущие исследования сталкивались с ограничениями при применении своих результатов непосредственно к текущим коммерческим производственным линиям аккумулятора из-за сложных методов изготовления и проблем с крупномасштабными приложениями.

Команда профессора Соудзин Парк решала эти проблемы с использованием бифункциональных сшитых добавок (CIA), Dipentaerythritol Hexaacrylate (DPH) в сочетании с технологией электронного луча (E-Beam).

Обычный процесс изготовления аккумуляторов на сумке включает в себя подготовку электродов, впрыск электролита и сборку, активацию и дегустацию.Тем не менее, исследователи расширили двойную функциональность DPH, просто введя дополнительный этап облучения электронного луча после процесса дегазации.

ЦРУ действовало как аддитивность для облегчения стабильного интерфейса между поверхностями анода и катодами во время активации, так и в качестве сшивки с образованием полимерной структуры во время процесса облучения электронного луча.

Аккумулятор в типе мешочка команды, использующий гель-электролит, значительно снизил генерацию газа от реакций с аккумулятором во время начальных процессов зарядки и разгрузки, достигнув 2,5-кратного снижения по сравнению с обычными батареями.Кроме того, он эффективно минимизировал межфазное сопротивление из -за сильной совместимости между электродами и гелевым электролитом.

Впоследствии исследователи разработали батарею высокой емкости 1,2 часа А.ч. (ампер-часа) и проверили ее производительность в 55 градусах по Цельсию, среду, которая ускоряет разложение электролита.В этом состоянии батареи, использующие обычные электролиты, испытывали существенную генерацию газа, что привело к быстрому снижению емкости при отеках батареи после 50 циклов.

В отличие от этого, батарея команды не показала генерации газа и сохранила пропускную способность 1 AH даже после 200 циклов, демонстрируя ее повышенную безопасность и долговечность.

Это исследование особенно важно, поскольку оно позволяет быстро массово продуцировать как безопасность, так и коммерческую жизнеспособность батарей на основе электролита на основе гелевых электролитов.

Профессор Соудзин Парк из Postech сказал: «Это достижение в области стабильности и коммерческой жизнеспособности станет прорывом в индустрии электромобилей. Мы надеемся-он батареи “.

More information: Seoha Nam et al, Mitigating Gas Evolution in Electron Beam‐Induced Gel Polymer Electrolytes Through Bi‐Functional Cross–Linkable Additives, Small (2024). DOI: 10.1002/smll.202401426