סוללת ליתיום לרכבים חשמליים (EV): מפרידים עם ציפוי של חלקיקי סיליקה משפרים את הבטיחות  

סוללות ליתיום-יון לרכבים חשמליים (EV) מתמודדות עם בעיות בטיחות ויציבות עקב התחממות יתר של מפרידים, קצרים ויעילות מופחתת. במטרה למתן את החסרונות הללו, החוקרים השתמשו בטכניקת פילמור שתל ופיתחו מפרידי שכבות של ננו-חלקיקי סיליקה, יציבים ועמידים מבחינה תרמית. סוללות עם מפרידים אלו בטוחות יותר והראו ביצועים משופרים. פיתוח זה יכול לתרום לאימוץ של רכבי EV לקראת שחרור מפחמן של מגזר התחבורה.  

הליתיום-יון הנטען סוללות (או סוללות Li-ion או LIBs) הפכו פופולריות מאוד ונפוצות בכל מקום בשלושת העשורים האחרונים. בשל צפיפות אנרגיה גבוהה, משקל קל ויכולת נטענת, אלה נמצאים בשימוש נרחב בטלפונים ניידים, מחשבים ניידים, מכשירים אודיו-ויזואליים, אחסון חשמל וכלי רכב חשמליים (EV) והפכו לחלק בלתי נפרד מחיי היומיום. LIBs הם ידידותיים לסביבה, מספקים אחסון אנרגיה נקייה ותורמים שחרור פחמן כלכלה.  

עם זאת, ליתיום-יון סוללות עומדים בפני סיכון בטיחותי עבור כלי רכב חשמליים (EV) ומערכות אחסון אנרגיה בעיקר עקב התחממות יתר של מפרידי פוליאולפינים. המפרידים מונעים מגע ישיר בין הקתודה לאנודה, אך הם נמסים כאשר הטמפרטורה עולה ל-160 מעלות צלזיוס עקב התחממות יתר. כתוצאה מכך, אנודה וקתודה עלולים לבוא במגע ישיר באמצעות יצירת דנדריטים Li ומכאן קצרים פנימיים וספיגה לא מספקת של אלקטרוליטים ויעילות מופחתת.  

היו מאמצים להתמודד עם החיסרון הזה. יישום ציפוי של קרמיקה נחשב אך לא מתאים מכיוון שהגדיל את עובי המפרידים והפחית את ההידבקות.  

במחקר שנערך לאחרונה, החוקרים Incheon National University השתמשו בטכניקת פילמור שתל כדי לחבר שכבה אחידה של סיליקון דו חמצני (SiO₂) ננו-חלקיקים למפרידי פוליפרופילן (PP). המפרידים השתנו כך עם ציפוי של SiO₂ בעובי של 200 ננומטר עמידים יותר בחום ומדכאים היווצרות דנדריטים תוך שמירה על קיבולת אחסון אנרגיה. זה מצביע על כך שניתן לאלתר את המפריד המבוסס על פוליפרופילן (PPS) של סוללות Li-ion כדי להפחית קצרים פנימיים ולהפוך את הסוללה לבטוחה ויעילה יותר.  

פיתוח זה רלוונטי ומבטיח עבור LIBs בכלי רכב חשמליים (EVs) ומערכות אחסון אנרגיה. לאחר המסחר, ה-LIB המאולתרים עם בטיחות ויעילות טובים יותר יכולים לסייע בשימוש של כלי רכב חשמליים ידידותיים לסביבה.  

*** 

הפניות:  

1. Manthiram, A. השתקפות על כימיה של קתודה של סוללת ליתיום-יון. Nat Commun 11, 1550 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15355-0  

2. פארק ג', ואח' 2024. מפרידי שכבות ננו-חלקיקי SiO2 דקים במיוחד על-ידי אסטרטגיית ריבוי-פונקציונליזציה פני השטח עבור סוללות Li-metal: עמידות גבוהה של Li-Dendrite ותכונות תרמיות. חומרים לאחסון אנרגיה. כרך 65, פברואר 2024, 103135. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103135  

***