Сепаратор для літій-іонної батареї зробили одночасно жаростійким і розтяжним
Core-shell nanofiber separator створили для батарей, які мають одночасно переносити нагрівання та механічне розтягування.
Сепаратор не накопичує енергію, але у випадку аварії саме він часто визначає, чи зустрінуться анод і катод. Для розтяжної батареї ситуація ще складніша: пори мають залишатися відкритими для іонів, а механічна деформація не повинна створювати тонкі місця або розриви, через які виникне short circuit.
Що має пережити сепаратор у реальній батареї
Різні частини волокна відповідають за термостійкість і механічну цілісність, зберігаючи пористі шляхи для іонів навіть під деформацією.
Core-shell волокно дозволяє розділити ролі матеріалів на нанорівні. Один компонент може забезпечувати форму і теплостійкість, інший — еластичність або сумісність з електролітом. Це гнучкіша стратегія, ніж намагатися знайти один полімер, який одночасно ідеальний за всіма параметрами.
Практичний сенс і наступні кроки
Матеріал особливо цікавий для wearable і stretchable electronics, де акумулятор працює разом із тканиною або м’яким корпусом.
Для wearable battery важливим тестом буде не одноразове розтягування, а тисячі циклів разом із заряджанням. Електроди, сепаратор і корпус деформуються по-різному, тому безпечний матеріал треба оцінювати в повній комірці. Саме там проявляться накопичені зміщення, висихання електроліту та локальні напруження.
Безпеку визначає весь елемент, тому ще потрібні тести з електролітами, дендритами, швидким заряджанням, старінням і механічним пошкодженням.
Найжорсткіший тест для нового separator — abuse testing повної комірки: прокол, перегрів, crush і заряд на великому струмі. Саме в таких сценаріях стане видно, чи core-shell структура справді зберігає дистанцію між електродами. Якщо так, користь може вийти далеко за межі лише розтяжної електроніки.
Окремою метрикою для цієї розробки стане безпечність повної комірки. Саме її варто порівнювати між наступними поколіннями прототипів, бо вона покаже, чи зберігається перевага після переходу від одиничного експерименту до тривалої роботи в системі з реальними зовнішніми навантаженнями.
