Organokřemičité materiály: „neviditelní strážci“ nových odvětví energetiky a skladování energie.
Nenápadný organokřemičitý křemík podněcuje materiálovou revoluci v novém energetickém poli!
V dnešním rychle se rozvíjejícím novém energetickém průmyslu, zatímco se zaměřujeme na hustotu energie baterií a účinnost fotovoltaické přeměny, určitý typ „neviditelného materiálu“ tiše zajišťuje bezpečnost a stabilitu nových energetických systémů-organosilikonových materiálů. Od fotovoltaického zapouzdření po tepelné řízení baterií, od přísad do elektrolytu po ochranu pufru, organokřemičité se se svou jedinečnou molekulární strukturou a vlastnostmi staly nepostradatelným klíčovým materiálem v novém energetickém poli.
"Anděl strážný" fotovoltaického průmyslu: Organosilicon Encapsulation Materials
Ve fotovoltaické oblasti jsou moduly vystaveny venkovnímu prostředí po delší dobu a čelí mnoha výzvám, včetně ultrafialového záření, teplotních změn a koroze vlhkostí. Tým Polymer Energy Chemistry na Gannan Normal University nedávno vyvinul-výkonný zapouzdřovací materiál z organosilikonového elastomeru. To nejenže podněcuje inovace v technologii zapouzdření fotovoltaických článků, ale také účinně řeší klíčové problémy související s nehořlavostí, šetrností k životnímu prostředí a odolností proti opotřebení.
Hodnota tohoto zapouzdřovacího materiálu spočívá nejen v jeho ochraně, ale také v jeho schopnosti zlepšit účinnost výroby energie. Vědci z univerzity Sichuan vyvinuli ultra-kluzký, samočisticí-nátěr na bázi silikonové pryskyřice a methylsilikonového oleje, který lze aplikovat na povrch fotovoltaických panelů. Tento povlak je nejen hydrofobní (se statickým úhlem kontaktu s vodou až 109 stupňů), ale má také vynikající optickou propustnost, která může zlepšit počáteční účinnost solárních článků o 0,18%. Ještě překvapivější je, že výkon povlaku zůstává v podstatě nezměněn i po 100 cyklech leštění brusným papírem o zrnitosti 400.
"Firewall" pro bezpečnost baterií: Organokřemičité materiály pro tepelný management a ochranu
Tepelný únik baterií je největší bezpečnostní výzvou, které čelí nová energetická vozidla a elektrárny na skladování energie. Když jedna baterie zaznamená tepelný únik, zabránění šíření tepla a zastavení šíření požáru se stává klíčovou technologickou výzvou.
Projekt „Výzkum a vývoj vysoce tepelné vodivosti a silných izolačních multifunkčních organokřemičitých materiálů“, který nedávno zahájila Wuhanská technologická univerzita, investoval 10,94 milionů jüanů do překonání základních technologií materiálů tepelného managementu. Tento materiál bude současně splňovat dvojí požadavky na vysokou tepelnou vodivost a silnou izolaci, poskytuje řešení pro odvod tepla z napájecích baterií a předcházení zkratům.
"Nárazník" bateriového modulu: dosažení nízké hmotnosti a bezpečnosti
V bateriových modulech je mezi bateriovým článkem a koncovou deskou modulu zapotřebí vyrovnávací podložka, aby mohla provádět různé funkce, jako je mechanické vyrovnávání, podpora tepelného managementu a ochrana elektrické izolace. Výroba polyuretanových tlumičů je neoddělitelná od "přesné kontroly" speciálního silikonového oleje.
Specializovaný silikonový olej působí jako „regulátor buněk“ a „stabilizátor rozhraní“ v procesu polyuretanové pěny. Přesným řízením mezifázového napětí plynu-kapaliny umožňuje stovkám milionů mikronů-bublin, aby nukleovaly a rostly rovnoměrně a uspořádaně, čímž se počet uzavřených-buněk zvýšil na více než 92 %. Experimenty ukazují, že po přidání specializovaného silikonového oleje se průměrný průměr pórů zmenšil ze 450 μm na 280 μm a standardní odchylka distribuce velikosti pórů se snížila o 40 %.
Toto přesné řízení vede nejen ke strukturální optimalizaci, ale také ke zlepšení výkonu. Kompresní nastavení vyrovnávací podložky obsahující speciální silikonový olej se po 1000 hodinách při 85 stupních snížilo z 18,7 % na 9,3 %, zatímco teplota iniciace tepelného rozkladu se zvýšila z 275 stupňů na 298 stupňů. Ještě důležitější je, že při testování kompatibility elektrolytu byla rychlost změny hmoty tlumicí podložky modifikované speciálním silikonovým olejem pouze -0,03 %, zatímco běžné materiály vykazovaly povrchovou práškování a praskání.
„Stabilizátor“ pro vysokonapěťové baterie-: přísady organosilikonového elektrolytu
Jak se lithium{0}}iontové baterie pohybují směrem k vyššímu napětí, tradiční elektrolyty jsou náchylné k rozkladu pod vysokým napětím, což ovlivňuje výkon baterie. Výzkumníci z univerzity Hubei zjistili, že použití bis(trimethylsiloxymethylsilanu) (HTMS) jako vysokonapěťové přísady může tento problém účinně vyřešit.
Křemíkové-kyslíkové vazby (Si-O) v HTMS se mohou vázat na kyselé produkty v elektrolytu a zpomalovat jejich korozi materiálu katody. Současně se ve spojení s fluoroethylen karbonátem (FEC) vytvoří mezi elektrodou a elektrolytem nízkoodporová mezivrstva obsahující fluorid lithný a organokřemičité sloučeniny. Li/LNMO baterie využívající tuto technologii si udržují vysokou kapacitu 120,78 mAh/g po 100 cyklech při 1C pod vysokým napětím 5V. Ještě působivější je, že při nízké teplotě -20 stupňů si baterie stále udržuje specifickou kapacitu 103,96 mAh/g po 200 cyklech při 1 °C, čímž výrazně překonává tradiční elektrolyty.
Výhled do budoucna: Neomezený potenciál organosilikonu v oblasti nové energie
Od fotovoltaických obalů po tepelné řízení baterií, od přísad do elektrolytů po ochranu pufrů se organokřemičité materiály stávají nepostradatelným klíčovým materiálem v novém energetickém průmyslu díky své vynikající odolnosti vůči vysokým a nízkým teplotám, elektrické izolaci, chemické stabilitě a designovatelnosti.
V budoucnu, s pokračujícím vývojem nových energetických vozidel, elektráren pro skladování energie, výroby fotovoltaické energie a dalších oborů, budou požadavky na materiálový výkon přísnější. Vysoká tepelná vodivost, silná izolace, odolnost vůči vysokému napětí a odolnost vůči vysokým teplotám se stanou důležitými směry vývoje organosilikonových materiálů. Jak ukázal projekt na Wuhanské technologické univerzitě, očekává se, že díky přesnému molekulárnímu designu a optimalizaci složení dosáhnou organokřemičité materiály během 1-2 let průlom v industrializaci a poskytnou spolehlivé a levné materiály domácí výroby pro nový energetický průmysl mé země.
V této nové energetické revoluci nemusí být organokřemičité materiály těmi nejoslnivějšími protagonisty, ale jsou to „neviditelní hrdinové“, kteří tiše chrání bezpečnost a stabilitu systému. S neustálým pokrokem materiálové vědy bude tento „neviditelný strážce“ hrát stále důležitější roli v oblasti nové energie.
