Исследователи разработали революционный органо-неорганический сепаратор — ключевой элемент аккумулятора, разделяющий катод и анод, где происходит перемещение заряженных частиц. Интеграция силикатных наночастиц наделила новинку исключительной прочностью, термостойкостью и превосходной смачиваемостью электролитом. Эта инновация открывает путь к созданию аккумуляторов с увеличенным сроком службы, повышенной энергоемкостью и улучшенной способностью сохранять заряд. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ).
Литий-ионные аккумуляторы: преимущества и проблемы
Литий-ионные аккумуляторы — основа питания современных гаджетов и сложной техники. Их главные козыри — высокая плотность энергии, медленный саморазряд, быстрая зарядка и малый вес по сравнению с альтернативами. Однако эти источники энергии уязвимы к перегреву и даже возгоранию. Ключевую роль в безопасности играют сепараторы, предотвращающие контакт электродов. Сегодня их производят преимущественно из полимерных пленок (полиэтилен, полипропилен), которые имеют серьезные недостатки: деформацию при нагреве свыше 120°C и плохую смачиваемость полярными электролитами, что затрудняет движение ионов и снижает эффективность.
Российское решение: модернизация сепаратора
Ученые Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН (ФТИ им. Иоффе РАН) совместно с коллегами из НИЦ "Курчатовский институт" предложили инновацию: полипропиленовый сепаратор с покрытием из синтетического слоистого гидросиликата. Эта модификация кардинально улучшила смачиваемость и механические характеристики композитной мембраны.
Секрет силикатных нанотрубок: гидротермальный синтез
Для создания гидросиликата авторы применили гидротермальный метод, моделирующий природные процессы минералообразования. Высокие температура и давление, а также специальные минерализаторы, позволили растворить обычно нерастворимые оксиды магния и кремния. В автоклаве произошла уникальная перекристаллизация, в результате которой слои силиката самопроизвольно сворачивались, образуя нанотрубки и наносвитки.
Преимущества гибридного сепаратора
Нанесение суспензии из наносвитков и полимерного связующего на сепаратор привело к созданию гибридного материала. Он продемонстрировал повышенную прочность на разрыв, лучшее растяжение, отличную смачиваемость электролитом и сниженную термическую усадку. Покрытие также выровняло поток ионов лития, обеспечило их равномерное осаждение на аноде и снизило риск образования опасных литиевых дендритов, способных вызвать короткое замыкание.
Перспективы разработки и планы ученых
«Мы находимся на старте масштабной работы по созданию целой линейки гибридных сепараторных мембран с разными свойствами, — делится планами руководитель проекта РНФ Андрей Красилин, доктор химических наук, заведующий лабораторией ФТИ им. Иоффе РАН. — Следующие шаги: модификация полиолефиновых сепараторов гидросиликатами различной структуры для улучшения характеристик, создание высокопористых сепараторов на нетканой основе для работы с высокими токами и разработка ультратонких сепараторов на основе силикатов и связующего, что уменьшит габариты аккумуляторов».
Источник: indicator.ru
