Органосилициеви материали: „невидимите пазители“ на новата енергия и индустриите за съхранение на енергия.
Непретенциозният органосилиций предизвиква революция в материалите в новото енергийно поле!
В днешната процъфтяваща нова енергийна индустрия, докато ние се фокусираме върху енергийната плътност на батериите и ефективността на фотоволтаичното преобразуване, един вид „невидим материал“ мълчаливо защитава безопасността и стабилността на новите енергийни системи-органосилициеви материали. От фотоволтаично капсулиране до термично управление на батерията, от електролитни добавки до буферна защита, органосилицийът с уникалната си молекулна структура и свойства се превърна в незаменим ключов материал в новото енергийно поле.
„Ангелът пазител“ на фотоволтаичната индустрия: силициево-органични капсулиращи материали
Във фотоволтаичното поле модулите са изложени на открито за продължителни периоди, изправени пред множество предизвикателства, включително ултравиолетово лъчение, температурни промени и корозия от влага. Екипът по полимерна енергийна химия в Gannan Normal University наскоро разработи високо-органичен силициев еластомерен капсулиращ материал. Това не само стимулира иновациите в технологията за капсулиране на фотоволтаични клетки, но също така ефективно решава ключови предизвикателства, свързани със забавянето на горенето, екологичността и устойчивостта на износване.
Стойността на този капсулиращ материал се крие не само в неговата защита, но и в способността му да подобрява ефективността на производството на електроенергия. Изследователи от университета в Съчуан са разработили ултра{1}}хлъзгаво, само-почистващо се покритие на базата на силиконова смола и метил силиконово масло, което може да се нанася върху повърхността на фотоволтаични панели. Това покритие е не само хидрофобно (със статичен ъгъл на контакт с водата до 109 градуса), но също така притежава отлична оптична пропускливост, която може да подобри първоначалната ефективност на слънчевите клетки с 0,18%. Още по-изненадващо е, че характеристиките на покритието остават по същество непроменени дори след 100 цикъла на полиране с шкурка с 400 песъчинки.
„Защитна стена“ за безопасност на батерията: Органосилициеви материали за термично управление и защита
Термичното бягане на батерията е най-голямото предизвикателство за безопасността пред новите енергийни превозни средства и електроцентрали за съхранение на енергия. Когато една батерия претърпи термично изтичане, предотвратяването на разпространението на топлина и спирането на разпространението на огън се превръща в ключово технологично предизвикателство.
Проектът „Изследване и развитие на многофункционални органосилициеви материали с висока топлопроводимост и силна изолация“, стартиран наскоро от Технологичния университет в Ухан, инвестира 10,94 милиона юана за преодоляване на основните технологии на материалите за управление на топлината. Този материал едновременно ще отговаря на двойните изисквания за висока топлопроводимост и силна изолация, осигурявайки решение за разсейване на топлината от захранващите батерии и предотвратяване на късо съединение.
„Буферът“ на модула на батерията: постигане на лекота и безопасност
В батерийните модули е необходима буферна подложка между клетката на батерията и крайната плоча на модула, за да изпълнява множество функции като механично буфериране, подпомагане на термичното управление и защита на електрическата изолация. Производството на полиуретанови буферни тампони е неделимо от "прецизния контрол" на специалното силиконово масло.
Специализираното силиконово масло действа като "клетъчен регулатор" и "интерфейсен стабилизатор" в процеса на полиуретанова пяна. Чрез прецизно контролиране на междинното напрежение газ-течност, той позволява на стотици милиони мехурчета с микрон-размер да образуват ядра и да растат равномерно и подредено, увеличавайки степента на затворени-клетъчни клетки до над 92%. Експериментите показват, че след добавяне на специализирано силиконово масло, средният диаметър на порите е намалял от 450 μm на 280 μm, а стандартното отклонение на разпределението на размера на порите е намалено с 40%.
Този прецизен контрол води не само до структурна оптимизация, но и до подобряване на производителността. Степента на компресия на буферната подложка, съдържаща специално силиконово масло, намалява от 18,7% на 9,3% след 1000 часа при 85 градуса, докато началната температура на термично разлагане се повишава от 275 градуса на 298 градуса. По-важното е, че при тестване за електролитна съвместимост скоростта на промяна на масата на буферната подложка, модифицирана със специално силиконово масло, беше само -0,03%, докато обикновените материали показаха напукване и напукване на повърхността.
„Стабилизатор“ за-батерии с високо напрежение: Силициевоорганични електролитни добавки
Тъй като литиево-йонните батерии преминават към по-високи напрежения, традиционните електролити са склонни да се разлагат под високо напрежение, което влияе върху работата на батерията. Изследователи от университета Хубей са открили, че използването на бис(триметилсилоксиметилсилан) (HTMS) като добавка за високо-напрежение може ефективно да реши този проблем.
Силициево-кислородните връзки (Si-O) в HTMS могат да се свързват с киселинни продукти в електролита, като забавят корозията им на катодния материал. Едновременно с това, във връзка с флуоретилен карбонат (FEC), междинен слой с ниско -съпротивление, съдържащ литиев флуорид и органосилициеви съединения, се образува между електрода и електролита. Li/LNMO батериите, използващи тази технология, поддържат висок капацитет от 120,78 mAh/g след 100 цикъла при 1C при високо напрежение от 5V. Още по-впечатляващо е, че при ниска температура от -20 градуса, батерията все още поддържа специфичен капацитет от 103,96 mAh/g след 200 цикъла при 1C, значително превъзхождайки традиционните електролити.
Бъдеща перспектива: Безграничният потенциал на органосилиция в новото енергийно поле
От фотоволтаични опаковки до управление на топлината на батерията, от електролитни добавки до буферна защита, органосилициевите материали се превръщат в незаменим ключов материал в новата енергийна индустрия поради тяхната отлична устойчивост на високи и ниски температури, електрическа изолация, химическа стабилност и възможност за проектиране.
В бъдеще, с непрекъснатото развитие на нови енергийни превозни средства, електроцентрали за съхранение на енергия, фотоволтаично производство на електроенергия и други области, изискванията за характеристиките на материалите ще станат по-строги. Високата топлопроводимост, силната изолация, устойчивостта на високо напрежение и устойчивостта на висока температура ще станат важни насоки за развитие на органосилициевите материали. Както беше демонстрирано от проекта в Технологичния университет на Ухан, чрез прецизно молекулярно проектиране и оптимизиране на формулировката се очаква органосилициевите материали да постигнат пробив в индустриализацията в рамките на 1-2 години, осигурявайки надеждни и евтини местно произведени материали за новата енергийна индустрия на моята страна.
В тази нова енергийна революция органосилициевите материали може да не са най-ослепителните герои, но те са „невидимите герои“, които мълчаливо пазят безопасността и стабилността на системата. С непрекъснатия напредък на науката за материалите този "невидим пазител" ще играе все по-важна роля в областта на новата енергия.
