Forscher an der Incheon National University haben Fortschritte in der Sicherheit von Lithium-Batterien erzielt. Lithium-Ionen-Batterien werden heute häufig verwendet, aber es gibt einen Prozess, der ihre Funktionalität beeinträchtigen kann – interner Kurzschluss durch direkten Kontakt zwischen Kathode und Anode (Leiter, die den Stromkreis innerhalb der Batterie bilden). Um dies zu verhindern, werden Trenner aus Polyolefinen verwendet – eine Art Polymer, das die Trennung aufrechterhält. Leider können diese Trenner bei höheren Temperaturen schmelzen und eine unzureichende Elektrolyt-Aufnahme (notwendig für die Leitung von Ladungen zwischen den Elektroden) kann zu Kurzschlüssen und einer verringerten Batterieeffizienz führen. Es wurden bereits verschiedene Methoden vorgeschlagen, um diese Probleme zu lösen.
Eine dieser Methoden besteht darin, keramische Beschichtungen auf die Trenner aufzubringen, um deren Druck- und Hitzebeständigkeit zu verbessern. Diese Methode erhöht jedoch die Dicke der Trenner, verringert deren Haftung und wirkt sich negativ auf die Batterieleistung aus. Ein anderer Ansatz ist der Einsatz von Polymerbeschichtungen in einem Prozess, der als klebende Polymerisation bezeichnet wird. Dabei werden einzelne Einheiten (Monomere) an die Trenner angebracht, um ihnen die gewünschten Eigenschaften zu verleihen.
In einer kürzlich in der Zeitschrift „Energy Storage Materials“ veröffentlichten Studie präsentieren Forscher der Incheon National University eine erfolgreiche klebende Polymerisation an Polypropylen(TPP)-Trennern mit einer gleichmäßigen Schicht Siliziumdioxid (SiO2). Diese Forschung wurde von einem Team unter der Leitung von Dr. Jeongsik Yun vom Department of Energy and Chemical Engineering an der Incheon National University durchgeführt. Die Forschungsergebnisse, die online am 13. Dezember 2023 veröffentlicht wurden, wurden im Februar 2024 in Band 65 der Zeitschrift „Energy Storage Materials“ beschrieben.
Inspiriert von der Notwendigkeit von Hochleistungsmaterialien für Batterien von Elektrofahrzeugen hat Dr. Yun intensiv in diesem Bereich gearbeitet. Sein Ziel ist es, nicht nur die Leistung der Batterie zu verbessern, sondern auch Verbraucherbedenken hinsichtlich Batterieexplosionen zu lindern, die möglicherweise die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen beeinflussen.
Während der Studie konzentrierte sich Dr. Yun auf die thermische Stabilität eines kommerziellen Batterietrenners aus Polyolefinen, die empfindlich auf hohe Temperaturen reagieren. Um die thermische Stabilität der Trenner zu verbessern, beschichtete das Forschungsteam sie mit Nanopartikeln aus Siliziumdioxid (SiO2), die thermisch beständige Materialien sind.
Im Rahmen der Studie wurden mehrere Modifikationen am TPP-Trenner vorgenommen. Zunächst wurde er mit einer Schicht aus Polyvinylidenfluorid beschichtet, einem chemischen Stoff, der ausgewählt wurde, um die Affinität und thermische Stabilität des Elektrolyten zu verbessern und klebende Reaktionen einzuführen. Anschließend erfolgte die klebende Polymerisation unter Verwendung von Methacrylat-Molekülen, und schließlich wurde eine Schicht SiO2-Partikel aufgetragen. Diese Modifikationen machten den Trenner stärker, hitzebeständiger, reduzierten das Wachstum von Lithiumdendriten und verbesserten die Zyklenleistung.
Darüber hinaus bewahrten die Modifikationen nicht nur die Energiespeicherung in Li-Ionen-Batterien pro Einheitsvolumen, sondern übertrafen auch andere Beschichtungsmethoden in Bezug auf die Zellleistung. Diese Technik verspricht langlebige Trenner zu schaffen und den Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien in Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen voranzutreiben.
Zusammenfassend präsentiert diese Studie eine zuverlässige Methode zur Schaffung innovativer und haltbarer Trenner für Lithium-Ionen-Batterien und ebnet somit den Weg für eine umweltfreundlichere Zukunft!
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