Naukowcy opracowali skalowalną metodę produkcji dużych kolektorów prądu grafenowego, znacznie poprawiającą bezpieczeństwo i wydajność akumulatorów litowo-jonowych.
Naukowcy z Uniwersytetu Swansea we współpracy z Politechniką Wuhan i Uniwersytetem w Shenzhen opracowali innowacyjną metodę produkcji na dużą skalę grafen kolektory prądu.
To przełomowe rozwiązanie może znacząco poprawić bezpieczeństwo i wydajność akumulatorów litowo-jonowych (LIB), stawiając czoła kluczowemu wyzwaniu w technologii magazynowania energii.
Opublikowano w Inżynieria chemiczna przyrodyw badaniu opisano pierwszy udany protokół wytwarzania pozbawionych defektów folii grafenowych na skalę komercyjną. Folie te charakteryzują się wyjątkową przewodnością cieplną – do 1400,8 W·m–1·K–1 – niemal dziesięciokrotnie wyższą niż tradycyjne odbieraki prądu z miedzi i aluminium stosowane w LIB-ach.
„To znaczący krok naprzód w technologii akumulatorów” – powiedział dr Rui Tan, współautor z Uniwersytetu w Swansea. „Nasza metoda pozwala na produkcję grafenowych kolektorów prądu na skalę i jakość, które można łatwo zintegrować z komercyjną produkcją akumulatorów. To nie tylko poprawia bezpieczeństwo baterii poprzez efektywne zarządzanie ciepłem, ale także zwiększa gęstość energii i żywotność.
Rozwiązanie problemu niekontrolowanej temperatury w bibliotekach LIB
Jednym z najpilniejszych problemów związanych z rozwojem wysokoenergetycznych LIB, szczególnie tych stosowanych w pojazdach elektrycznych, jest niestabilność cieplna – niebezpieczny scenariusz, w którym nadmierne ciepło prowadzi do awarii akumulatora, często skutkującej pożarem lub eksplozją. Te grafenowe kolektory prądu zaprojektowano tak, aby ograniczyć to ryzyko poprzez efektywne rozpraszanie ciepła i zapobieganie reakcjom egzotermicznym prowadzącym do niekontrolowanej ucieczki ciepła.
„Nasza gęsta, wyrównana struktura grafenu zapewnia solidną barierę zapobiegającą tworzeniu się łatwopalnych gazów i zapobiega przenikaniu tlenu do ogniw akumulatora, co ma kluczowe znaczenie dla uniknięcia katastrofalnych awarii” – wyjaśnił dr Jinlong Yang, współautor z Uniwersytetu w Shenzhen.
Skalowalność i potencjalne zastosowania
Nowo opracowany proces to nie tylko sukces laboratoryjny, ale skalowalne rozwiązanie, umożliwiające produkcję folii grafenowych o długości od metrów do kilometrów. Aby wykazać swój potencjał, naukowcy wyprodukowali folię grafenową o długości 200 metrów i grubości 17 mikrometrów. Folia ta zachowała wysoką przewodność elektryczną nawet po zgięciu ponad 100 000 razy, co czyni ją idealną do stosowania w elastycznej elektronice i innych zaawansowanych zastosowaniach.
To nowe podejście umożliwia również produkcję folii grafenowych o dostosowywalnych grubościach, co może prowadzić do jeszcze wydajniejszych i bezpieczniejszych akumulatorów.
Ta innowacja może mieć daleko idące konsekwencje dla przyszłości magazynowania energii, szczególnie w pojazdach elektrycznych i systemach energii odnawialnej, gdzie bezpieczeństwo i wydajność są najważniejsze. Ten międzynarodowy zespół badawczy współpracujący pod przewodnictwem profesorów Liqiang Mai i profesora Dapinga He z Uniwersytetu Technologicznego w Wuhan, dr Jinlong Yang z Uniwersytetu w Shenzhen i dr Rui Tana z Uniwersytetu w Swansea w dalszym ciągu udoskonala swój proces, podejmując ciągłe wysiłki mające na celu zmniejszenie grubości folie grafenowe i jeszcze bardziej poprawiać ich właściwości mechaniczne, badając także ten nowy materiał poza akumulatorami litowo-jonowymi, takimi jak akumulatory przepływowe redoks i akumulatory sodowo-jonowe, przy wsparciu grupy profesor Sereny Margodonny z Uniwersytetu w Swansea.
Odniesienie: „Wielkoskalowe kolektory prądu do regulacji wymiany ciepła i zwiększania bezpieczeństwa baterii” autorstwa Lun Li, Jinlong Yang, Rui Tan, Wei Shu, CheeTong John Low, Zixin Zhang, Yu Zhao, Cheng Li, Yajun Zhang, Xingchuan Li, Huazhang Zhang, Xin Zhao, Zongkui Kou, Yong Xiao, Francis Verpoort, Hewu Wang, Liqiang Mai i Daping He, 5 sierpnia 2024 r., Inżynieria chemiczna przyrody.
DOI: 10.1038/s44286-024-00103-8
