KAIST: сепаратор из жидкокристаллического полимера сохранил 94% ёмкости после 100 циклов при 4C

Совместная группа профессоров Юн Дон Ги и Пён Хе Рён с химического факультета KAIST разработала сепаратор для батареи, в котором контролируется молекулярная упорядоченность жидкокристаллического полимера, что ускоряет перенос ионов лития и повышает стабильность. Об этом KAIST сообщил 9-го числа, пишет biz.heraldcorp.com. biz.heraldcorp.combiz.heraldcorp.combiz.heraldcorp.comОткрыть источник ↗

Проблема дендритов в литий-металлических элементах

Литий-металлические батареи могут запасать больше энергии, чем обычные литий-ионные, поэтому их рассматривают как кандидатов для батарей электромобилей следующего поколения. Коммерциализации мешают дендриты: игольчатые наросты лития, которые образуются при зарядке.

Дендриты сокращают срок службы батареи и повреждают сепаратор, что может привести к внутреннему короткому замыканию и пожару. Риск растёт при быстрой зарядке, когда литий осаждается неравномерно.

Упорядоченные каналы в сепараторе

Исследователи изменили путь ионов лития: они должны двигаться к электроду прямо и равномерно, а не по извилистой траектории. Для этого сделали сепаратор из жидкокристаллического полимера с порами размером в несколько нанометров и ввели цепи полиэтиленгликоля (PEG), которые помогают движению ионов. Затем молекулы жидкого кристалла выровняли вертикально, и каналы для ионов стали прямыми. biz.heraldcorp.combiz.heraldcorp.combiz.heraldcorp.comОткрыть источник ↗

У вертикально упорядоченного сепаратора извилистость пути ионов оказалась примерно в 2,5 раза ниже, чем у горизонтально упорядоченного. По данным сообщения, ионы двигались быстрее и равномернее, а образование дендритов эффективно подавлялось.

При использовании сепаратора в литий-металлической батарее элемент сохранил 94% начальной ёмкости после 100 циклов заряда и разряда при 4C, что теоретически соответствует 15-минутной зарядке.

Подход повышает характеристики зарядки и стабильность за счёт управления молекулярной упорядоченностью внутри сепаратора, без смены материалов самой батареи. Для коммерческого применения, как отмечается в сообщении, ещё нужны технология производства сепараторов большой площади и проверка долговременной стойкости. biz.heraldcorp.combiz.heraldcorp.combiz.heraldcorp.comОткрыть источник ↗

Профессор Юн заявил, что работа показала возможность эффективно проектировать пути ионов лития и улучшать характеристики и стабильность батареи через контроль упорядоченности жидкокристаллических полимеров. Результаты опубликованы в сентябрьском номере журнала ACS Nano.