Схематическое изображение систем PVDF-LC и APA-LC. Кредит: POSTECH
Исследовательская группа разработала новое связующее вещество и электролит без фтора, предназначенные для продвижения экологически чистой, высокопроизводительной технологии батарей. Их результаты были недавно опубликованы в Chemical Engineering Journal.
По мере усиления экологических проблем растет важность устойчивых материалов в технологии аккумуляторов. Традиционные литиевые аккумуляторы используют фторированные соединения, такие как связующие вещества поливинилиденфторида (ПВДФ) и соли гексафторфосфата лития (LiPF6, LP). Однако эта система «ПВДФ-LP» выделяет высокотоксичный фтористый водород (HF), который снижает производительность и срок службы аккумулятора. Кроме того, ПВДФ не поддается биологическому разложению, и с ужесточением Европейским союзом (ЕС) правил в отношении ПФАС ожидается запрет на эти вещества к 2026 году.
Исследователи из POSTECH и Hansol Chemical разработали нефторированную аккумуляторную систему, чтобы соответствовать будущим экологическим нормам и улучшить производительность аккумулятора. Они создали электролит на основе перхлората лития (LiClO4, LC) для замены фторированных электролитов LP вместе с нефторированным ароматическим полиамидным (APA) связующим веществом, используя фирменную технологию Hansol Chemical. Эта инновационная система «APA-LC» полностью свободна от фторированных соединений.
«Связующее вещество APA» усиливает связь между активным материалом катода и алюминиевым токосъемником, предотвращая коррозию электрода в электролите и значительно продлевая срок службы батареи. Кроме того, «система LC», обогащенная хлоридом лития (LiCl) и оксидом лития (Li2O), снижает энергетический барьер на границе раздела, способствуя миграции ионов, что приводит к более быстрой диффузии лития и превосходным выходным характеристикам по сравнению с существующей системой LP.
Номинальная мощность Graphite/NCM811 полных ячеек монетного типа при скорости заряда 0,5 С и скорости разряда от 0,2 С до 3 С (1 С = 210 мАч г−1). Кредит: POSTECH
В целом система APA-LC продемонстрировала большую устойчивость к окислению, чем обычная система PVDF-LP, и сохранила на 20% большую емкость после 200 циклов при быстрой скорости заряда/разряда 1 С в диапазоне 2,8–4,3 В в тесте на плоскую круглую ячейку.
Исследовательская группа применила систему APA-LC для производства ячейки большой емкости 1,5 Ач (ампер-час). Ячейка сохранила превосходную разрядную емкость и продемонстрировала высокую производительность во время испытаний на быструю зарядку. Это знаменует собой первую в мире успешную демонстрацию полностью масштабируемой и практичной аккумуляторной системы, полностью изготовленной из нефторированных материалов без каких-либо фторированных соединений.
Профессор Суджин Пак из POSTECH сказал: «Мы не просто заменили фторированные системы; мы доказали высокую способность сохранять емкость и исключительную стабильность. Наше решение будет способствовать устойчивости аккумуляторной промышленности, способствуя переходу на нефторированные аккумуляторные системы, обеспечивая при этом соблюдение экологических норм».
Долгосрочные циклические характеристики всех компонентов безфтористого элемента APA-LC в пакете при комнатной температуре при 0,5 °C в пределах 2,8–4,2 В. Источник: POSTECH
Управляющий директор Hansol Chemical's Secondary Battery Materials Business Young-Ho Yoon отметил: «Решая проблемы регулирования PFAS, мы закрепились на мировом рынке катодных связующих, который, по прогнозам, достигнет 1,7 трлн корейских вон к 2026 году. Продолжение исследований укрепит нашу позицию ведущего поставщика экологически чистых материалов для вторичных батарей».
Группу возглавляли профессор Суджин Пак и Соха Нам с кафедры химии POSTECH в партнерстве с научно-исследовательским центром материалов для батарей Hansol Chemical.
Дополнительная информация: Соха Нам и др., Все безфтористые литий-ионные батареи с высокой пропускной способностью, Химическая инженерия Журнал (2024). DOI: 10.1016/j.cej.2024.154790
Информация о журнале: Журнал химической инженерии Предоставлено Пхоханским университетом науки и технологий
