Υλικά οργανοπυριτίου: οι «αόρατοι φύλακες» των νέων βιομηχανιών ενέργειας και αποθήκευσης ενέργειας.
Το ανεπιτήδευτο οργανοπυρίτιο πυροδοτεί μια επανάσταση υλικών στο νέο ενεργειακό πεδίο!
Στη σημερινή ακμάζουσα νέα ενεργειακή βιομηχανία, ενώ εστιάζουμε στην πυκνότητα ενέργειας της μπαταρίας και στην απόδοση μετατροπής φωτοβολταϊκών, ένας τύπος "αόρατου υλικού" προστατεύει σιωπηλά την ασφάλεια και τη σταθερότητα των νέων ενεργειακών συστημάτων-υλικών οργανοπυριτίου. Από την ενθυλάκωση φωτοβολταϊκών έως τη θερμική διαχείριση των μπαταριών, από τα πρόσθετα ηλεκτρολυτών έως την προστασία από ρυθμιστικά διαλύματα, το οργανοπυρίτιο, με τη μοναδική μοριακή δομή και τις ιδιότητές του, έχει γίνει ένα απαραίτητο βασικό υλικό στο νέο ενεργειακό πεδίο.
Ο «Φύλακας Άγγελος» της Φωτοβολταϊκής Βιομηχανίας: Υλικά Ενθυλάκωσης Οργανοπυριτίου
Στον τομέα των φωτοβολταϊκών, οι μονάδες εκτίθενται σε εξωτερικούς χώρους για εκτεταμένες περιόδους, αντιμετωπίζοντας πολλαπλές προκλήσεις, όπως η υπεριώδης ακτινοβολία, οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας και η διάβρωση υγρασίας. Η ομάδα Polymer Energy Chemistry στο Gannan Normal University ανέπτυξε πρόσφατα ένα υλικό ενθυλάκωσης ελαστομερούς οργανοπυριτίου υψηλής απόδοσης{{1}. Αυτό όχι μόνο οδηγεί στην καινοτομία στην τεχνολογία ενθυλάκωσης φωτοβολταϊκών κυψελών αλλά επίσης επιλύει αποτελεσματικά βασικές προκλήσεις που σχετίζονται με την επιβράδυνση φλόγας, τη φιλικότητα προς το περιβάλλον και την αντοχή στη φθορά.
Η αξία αυτού του υλικού ενθυλάκωσης έγκειται όχι μόνο στην προστασία του αλλά και στην ικανότητά του να βελτιώνει την απόδοση παραγωγής ενέργειας. Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Σιτσουάν ανέπτυξαν μια εξαιρετικά{1}}ολισθηρή, αυτοκαθαριζόμενη επίστρωση βασισμένη σε ρητίνη σιλικόνης και λάδι μεθυλσιλικόνης, η οποία μπορεί να εφαρμοστεί στην επιφάνεια των φωτοβολταϊκών πάνελ. Αυτή η επίστρωση δεν είναι μόνο υδρόφοβη (με στατική γωνία επαφής του νερού έως 109 μοίρες), αλλά διαθέτει επίσης εξαιρετική οπτική μετάδοση, η οποία μπορεί να βελτιώσει την αρχική απόδοση των ηλιακών κυψελών κατά 0,18%. Ακόμη πιο εκπληκτικό, η απόδοση της επίστρωσης παραμένει ουσιαστικά αμετάβλητη ακόμα και μετά από 100 κύκλους γυαλίσματος με γυαλόχαρτο 400 κομματιών.
Ένα «τείχος προστασίας» για την ασφάλεια της μπαταρίας: Υλικά θερμικής διαχείρισης και προστασίας από οργανοπυρίτιο
Η θερμική διαφυγή μπαταρίας είναι η μεγαλύτερη πρόκληση ασφάλειας που αντιμετωπίζουν τα νέα ενεργειακά οχήματα και οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας αποθήκευσης ενέργειας. Όταν μια μεμονωμένη μπαταρία παρουσιάζει θερμική διαρροή, η αποτροπή της διάδοσης της θερμότητας και η αναστολή της εξάπλωσης της φωτιάς γίνεται μια βασική τεχνολογική πρόκληση.
Το έργο «Έρευνα και Ανάπτυξη Υψηλής Θερμικής αγωγιμότητας και ισχυρής μόνωσης πολυλειτουργικών οργανοπυριτικών υλικών» που ξεκίνησε πρόσφατα από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Γουχάν επένδυσε 10,94 εκατομμύρια γιουάν για να ξεπεράσει τις βασικές τεχνολογίες των υλικών θερμικής διαχείρισης. Αυτό το υλικό θα ανταποκρίνεται ταυτόχρονα στις διπλές απαιτήσεις της υψηλής θερμικής αγωγιμότητας και της ισχυρής μόνωσης, παρέχοντας μια λύση για την απαγωγή της θερμότητας από τις μπαταρίες ισχύος και την πρόληψη βραχυκυκλωμάτων.
Το "buffer" της μονάδας μπαταρίας: επιτυγχάνοντας τόσο ελαφρύ όσο και ασφάλεια
Στις μονάδες μπαταρίας, απαιτείται ένα προστατευτικό κάλυμμα μεταξύ της κυψέλης της μπαταρίας και της πλάκας άκρου της μονάδας για την εκτέλεση πολλαπλών λειτουργιών, όπως μηχανική αποθήκευση, υποβοήθηση θερμικής διαχείρισης και προστασία ηλεκτρικής μόνωσης. Η κατασκευή ρυθμιστικών μαξιλαριών πολυουρεθάνης είναι αδιαχώριστη από τον «ακριβή έλεγχο» του ειδικού λαδιού σιλικόνης.
Το εξειδικευμένο λάδι σιλικόνης δρα ως «ρυθμιστής κυψελών» και «σταθεροποιητής διεπαφής» στη διαδικασία αφρισμού πολυουρεθάνης. Ελέγχοντας επακριβώς την τάση της διεπιφανειακής επιφάνειας του αερίου{1}}υγρού, επιτρέπει σε εκατοντάδες εκατομμύρια φυσαλίδων μεγέθους-μικρών να σχηματίζουν πυρήνες και να αναπτύσσονται ομοιόμορφα και ομαλά, αυξάνοντας τον ρυθμό κλειστών-κυττάρων σε πάνω από 92%. Τα πειράματα δείχνουν ότι μετά την προσθήκη εξειδικευμένου λαδιού σιλικόνης, η μέση διάμετρος πόρων μειώθηκε από 450 μm σε 280 μm και η τυπική απόκλιση της κατανομής του μεγέθους των πόρων μειώθηκε κατά 40%.
Αυτός ο ακριβής έλεγχος όχι μόνο οδηγεί σε δομική βελτιστοποίηση αλλά και βελτίωση της απόδοσης. Το σετ συμπίεσης του ρυθμιστικού μαξιλαριού που περιέχει ειδικό λάδι σιλικόνης μειώθηκε από 18,7% σε 9,3% μετά από 1000 ώρες στους 85 βαθμούς, ενώ η θερμοκρασία έναρξης θερμικής αποσύνθεσης αυξήθηκε από 275 βαθμούς σε 298 βαθμούς. Το πιο σημαντικό, στη δοκιμή συμβατότητας ηλεκτρολυτών, ο ρυθμός αλλαγής μάζας του ρυθμιστικού μαξιλαριού που τροποποιήθηκε με ειδικό λάδι σιλικόνης ήταν μόνο -0,03%, ενώ τα συνηθισμένα υλικά παρουσίασαν επιφανειακή σκόνη και ρωγμές.
"Σταθεροποιητής" για μπαταρίες υψηλής-τάσης: πρόσθετα ηλεκτρολύτη οργανοπυριτίου
Καθώς οι μπαταρίες ιόντων λιθίου- κινούνται προς υψηλότερες τάσεις, οι παραδοσιακοί ηλεκτρολύτες είναι επιρρεπείς σε αποσύνθεση υπό υψηλή τάση, επηρεάζοντας την απόδοση της μπαταρίας. Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Hubei ανακάλυψαν ότι η χρήση δις(τριμεθυλσιλοξυμεθυλσιλανίου) (HTMS) ως πρόσθετου υψηλής{2}τάσης μπορεί να λύσει αποτελεσματικά αυτό το πρόβλημα.
Οι-δεσμοί οξυγόνου πυριτίου (Si-O) στο HTMS μπορούν να συνδεθούν με όξινα προϊόντα στον ηλεκτρολύτη, επιβραδύνοντας τη διάβρωση του υλικού της καθόδου. Ταυτόχρονα, σε συνδυασμό με το ανθρακικό φθοροαιθυλένιο (FEC), ένα στρώμα διεπαφής χαμηλής- ειδικής αντίστασης που περιέχει φθοριούχο λίθιο και ενώσεις οργανοπυριτίου σχηματίζεται μεταξύ του ηλεκτροδίου και του ηλεκτρολύτη. Οι μπαταρίες Li/LNMO που χρησιμοποιούν αυτήν την τεχνολογία διατηρούν υψηλή χωρητικότητα 120,78 mAh/g μετά από 100 κύκλους στον 1C υπό υψηλή τάση 5V. Ακόμη πιο εντυπωσιακό είναι ότι σε χαμηλή θερμοκρασία -20 μοίρες, η μπαταρία εξακολουθεί να διατηρεί μια συγκεκριμένη χωρητικότητα 103,96 mAh/g μετά από 200 κύκλους στον 1C, ξεπερνώντας σημαντικά τους παραδοσιακούς ηλεκτρολύτες.
Μελλοντική προοπτική: Το απεριόριστο δυναμικό του οργανοπυριτίου στο νέο ενεργειακό πεδίο
Από τις φωτοβολταϊκές συσκευασίες έως τη θερμική διαχείριση των μπαταριών, από τα πρόσθετα ηλεκτρολυτών έως την προστασία από ρυθμιστικά, τα υλικά οργανοπυριτίου γίνονται απαραίτητο βασικό υλικό στη βιομηχανία της νέας ενέργειας λόγω της εξαιρετικής αντοχής σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες, ηλεκτρική μόνωση, χημική σταθερότητα και δυνατότητα σχεδιασμού.
Στο μέλλον, με τη συνεχή ανάπτυξη νέων ενεργειακών οχημάτων, σταθμών αποθήκευσης ενέργειας, παραγωγής ενέργειας από φωτοβολταϊκά και άλλα πεδία, οι απαιτήσεις για την απόδοση των υλικών θα γίνουν πιο αυστηρές. Η υψηλή θερμική αγωγιμότητα, η ισχυρή μόνωση, η αντίσταση στην υψηλή τάση και η αντίσταση σε υψηλές θερμοκρασίες θα γίνουν σημαντικές κατευθύνσεις ανάπτυξης για υλικά οργανοπυριτίου. Όπως αποδεικνύεται από το έργο στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Γουχάν, μέσω ακριβούς μοριακού σχεδιασμού και βελτιστοποίησης σύνθεσης, τα υλικά οργανοπυριτίου αναμένεται να επιτύχουν καινοτομίες βιομηχανοποίησης εντός 1-2 ετών, παρέχοντας αξιόπιστα και χαμηλού κόστους εγχώρια υλικά για τη νέα ενεργειακή βιομηχανία της χώρας μου.
Σε αυτή τη νέα ενεργειακή επανάσταση, τα υλικά οργανοπυριτίου μπορεί να μην είναι οι πιο εκθαμβωτικοί πρωταγωνιστές, αλλά είναι οι «αόρατοι ήρωες» που προστατεύουν σιωπηλά την ασφάλεια και τη σταθερότητα του συστήματος. Με τη συνεχή πρόοδο της επιστήμης των υλικών, αυτός ο «αόρατος φύλακας» θα διαδραματίζει όλο και πιο σημαντικό ρόλο στον τομέα της νέας ενέργειας.
