Важность пластмасс для функции хранения энергии в аккумуляторах

Электроды в аккумуляторе должны быть изолированы друг от друга, чтобы избежать короткого замыкания. Для этого часто используются покрытия из полимеров, таких как поливинилиденфторид (PVDF) или полиэтилен (PE). Эти материалы обладают электрической изоляцией и высокой химической стойкостью, что позволяет защитить электроды от коррозии, например, вызванной электролитом.

Связующее вещество помогает удерживать активный материал (например, оксид металла или графит) вместе в электроде, обеспечивая его целостность и стабильность в течение цикла. В литий-ионных батареях и топливных элементах часто применяется ПВДФ, поскольку он обладает хорошей адгезией к электродам, а также высокой механической прочностью даже при повышенных температурах. В топливных элементах также используются политетрафторэтилен (PTFE) и полифениленоксид (PPO) благодаря их низкому коэффициенту трения. В проточных редокс-батареях используется полиакрилонитрил (PAN), поскольку он способствует не только хорошей адгезии, но и стабилизации электродов.

Сепараторы - это пленки или мембраны, помещаемые между электродами аккумулятора для предотвращения короткого замыкания. Они должны обладать высокой проницаемостью для ионов, чтобы пропускать электролит, но быть непроницаемыми для электронов. Для этой цели часто используются экструдированные пластиковые пленки из полипропилена (PP) или полиэтилена (PE), которые обладают высокой механической прочностью и хорошими изоляционными свойствами, обеспечивая при этом эффективную изоляцию от электронов. При сухом способе ПВДФ наносится в качестве покрытия на нетканое полотно из синтетических волокон, расплавляется и прессуется под давлением при высокой температуре. В дополнение к сухому способу полисульфон (PS) используется в мокром способе, при котором раствор наносится на пластиковое нетканое полотно. В результате мокрого процесса получаются сепараторы с более высокой пористостью и более однородным размером и распределением пор. Они также тоньше, но менее прочные, чем сепараторы, изготовленные сухим способом.

Корпус батареи должен обеспечивать механическую прочность и электрическую изоляцию для защиты электродов и электролита. Здесь часто используются такие пластики, как акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS) или поликарбонат (PC), которые обладают высокой прочностью и ударопрочностью и защищают батарею от повреждений, вызванных воздействием окружающей среды или электрических полей.

В топливных элементах перфторированные иономеры применяются в качестве протонообменных мембран (ПЭМ). Эти пластики отличаются высокой протонной проводимостью, хорошей химической и термической стабильностью, что делает их пригодными для использования в топливных элементах. ПЭМ должны обладать высокой газопроницаемостью, позволяющей переносить кислород и водород. В проточных окислительно-восстановительных батареях используются ионообменные мембраны из полисульфона или поливинилхлорида (ПВХ). Эти пластики обладают хорошей ионообменной способностью и высокой химической стабильностью, что делает их идеальными для использования в агрессивных электролитах. Мембраны также должны обладать высокой механической прочностью, чтобы выдерживать движение жидкости в батарее. Существенное различие между мембранами в обоих случаях заключается в их функциональности. В топливных элементах ПЭМ служат электролитическими мембранами, разделяя анод и катод и обеспечивая поток протонов для протекания электрического тока. В окислительно-восстановительных батареях ионообменные мембраны разделяют растворы электролитов и обеспечивают поток ионов между двумя электродами.