Organosilisiummaterialer: de "usynlige vokterne" til den nye energi- og energilagringsindustrien.
Upretensiøst organosilisium utløser en materialrevolusjon i det nye energifeltet!
I dagens blomstrende nye energiindustri, mens vi fokuserer på batteridensitet og fotovoltaisk konverteringseffektivitet, ivaretar en type «usynlig materiale» sikkerheten og stabiliteten til nye energisystemer-organosilisiummaterialer. Fra fotovoltaisk innkapsling til termisk batteristyring, fra elektrolytttilsetningsstoffer til bufferbeskyttelse, har organosisium, med sin unike molekylære struktur og egenskaper, blitt et uunnværlig nøkkelmateriale i det nye energifeltet.
"Guardian Angel" for fotovoltaisk industri: Organosilicium Encapsulation Materials
I solcellefeltet er moduler utsatt for utendørs i lengre perioder, og står overfor flere utfordringer, inkludert ultrafiolett stråling, temperaturvariasjoner og fuktkorrosjon. Polymer Energy Chemistry-teamet ved Gannan Normal University utviklet nylig et-innkapslingsmateriale for organosilisiumelastomer med høy ytelse. Dette driver ikke bare innovasjon innen fotovoltaisk celleinnkapslingsteknologi, men løser også effektivt nøkkelutfordringer knyttet til flammehemming, miljøvennlighet og slitestyrke.
Verdien av dette innkapslingsmaterialet ligger ikke bare i dets beskyttelse, men også i dets evne til å forbedre kraftproduksjonseffektiviteten. Forskere ved Sichuan University har utviklet et ultra-glatt, selv-belegg basert på silikonharpiks og metylsilikonolje, som kan påføres overflaten av solcellepaneler. Dette belegget er ikke bare hydrofobt (med en statisk vannkontaktvinkel på opptil 109 grader), men har også utmerket optisk transmittans, som kan forbedre den opprinnelige effektiviteten til solceller med 0,18%. Enda mer overraskende forblir beleggets ytelse i det vesentlige uendret selv etter 100 sykluser med polering med 400-korns sandpapir.
En "brannmur" for batterisikkerhet: Organosilicium termisk styring og beskyttelsesmaterialer
Termisk batteriflukt er den største sikkerhetsutfordringen for nye energikjøretøyer og energilagringskraftverk. Når et enkelt batteri opplever termisk løping, blir det en viktig teknologisk utfordring å forhindre varmespredning og stoppe spredning av brann.
Prosjektet "Forskning og utvikling av høy termisk ledningsevne og sterk isolasjon multifunksjonelle organiske silisiummaterialer" som nylig ble lansert av Wuhan University of Technology har investert 10,94 millioner yuan for å overvinne kjerneteknologiene til termiske styringsmaterialer. Dette materialet vil samtidig oppfylle de doble kravene til høy varmeledningsevne og sterk isolasjon, og gir en løsning for å spre varme fra strømbatterier og forhindre kortslutning.
"Bufferen" til batterimodulen: oppnår både lettvekt og sikkerhet
I batterimoduler er det nødvendig med en bufferpute mellom battericellen og modulens endeplate for å utføre flere funksjoner som mekanisk buffering, varmestyringsassistanse og elektrisk isolasjonsbeskyttelse. Produksjonen av polyuretanbufferputer er uatskillelig fra den "nøyaktige kontrollen" av spesiell silikonolje.
Spesialisert silikonolje fungerer som en "celleregulator" og "grensesnittstabilisator" i polyuretanskumningsprosessen. Ved nøyaktig å kontrollere gass-væskegrenseflatespenningen, gjør den det mulig for hundrevis av millioner mikron-størrelser bobler å danne kjerne og vokse jevnt og ryddig, noe som øker den lukkede-cellehastigheten til over 92 %. Eksperimenter viser at etter tilsetning av spesialisert silikonolje, sank gjennomsnittlig porediameter fra 450 μm til 280 μm, og standardavviket for porestørrelsesfordeling ble redusert med 40 %.
Denne nøyaktige kontrollen fører ikke bare til strukturell optimalisering, men også ytelsesforbedring. Kompresjonssettet til bufferputen som inneholder spesiell silikonolje sank fra 18,7 % til 9,3 % etter 1000 timer ved 85 grader, mens den termiske dekomponeringsinitieringstemperaturen økte fra 275 grader til 298 grader. Enda viktigere, i elektrolyttkompatibilitetstesting var masseendringshastigheten til bufferputen modifisert med spesiell silikonolje bare -0,03 %, mens vanlige materialer viste overflatepulver og sprekker.
"Stabilisator" for høyspenningsbatterier-: organiske silisiumelektrolytttilsetningsstoffer
Ettersom litium-ionbatterier beveger seg mot høyere spenninger, er tradisjonelle elektrolytter utsatt for nedbrytning under høy spenning, noe som påvirker batteriytelsen. Forskere ved Hubei University har oppdaget at bruk av bis(trimetylsiloksymetylsilan) (HTMS) som et høyspenningsadditiv effektivt kan løse dette problemet.
Silisium-oksygenbindingene (Si-O) i HTMS kan binde seg til sure produkter i elektrolytten, og redusere deres korrosjon av katodematerialet. Samtidig, i forbindelse med fluoretylenkarbonat (FEC), dannes et grensesnittlag med lav-resistivitet som inneholder litiumfluorid og organosilisiumforbindelser mellom elektroden og elektrolytten. Li/LNMO-batterier som bruker denne teknologien opprettholder en høy kapasitet på 120,78 mAh/g etter 100 sykluser ved 1C under en høyspenning på 5V. Enda mer imponerende, ved en lav temperatur på -20 grader, opprettholder batteriet fortsatt en spesifikk kapasitet på 103,96 mAh/g etter 200 sykluser ved 1C, noe som overgår tradisjonelle elektrolytter betydelig.
Fremtidsutsikter: Det grenseløse potensialet til organisk silisium i det nye energifeltet
Fra solcelleemballasje til termisk batteristyring, fra elektrolytttilsetningsstoffer til bufferbeskyttelse, er organosilisiummaterialer i ferd med å bli et uunnværlig nøkkelmateriale i den nye energiindustrien på grunn av deres utmerkede motstand mot høye og lave temperaturer, elektrisk isolasjon, kjemisk stabilitet og designbarhet.
I fremtiden, med fortsatt utvikling av nye energikjøretøyer, energilagringskraftverk, fotovoltaisk kraftproduksjon og andre felt, vil kravene til materialytelse bli strengere. Høy varmeledningsevne, sterk isolasjon, høy spenningsmotstand og høy temperaturmotstand vil bli viktige utviklingsretninger for organosilisiummaterialer. Som demonstrert av prosjektet ved Wuhan University of Technology, gjennom presis molekylær design og formuleringsoptimalisering, forventes organosilisiummaterialer å oppnå industrialiseringsgjennombrudd innen 1-2 år, og levere pålitelige og rimelige innenlandsproduserte materialer til mitt lands nye energiindustri.
I denne nye energirevolusjonen er organosilisiummaterialer kanskje ikke de mest blendende hovedpersonene, men de er de "usynlige heltene" som i stillhet ivaretar sikkerheten og stabiliteten til systemet. Med den kontinuerlige utviklingen av materialvitenskap vil denne "usynlige vokteren" spille en stadig viktigere rolle innen ny energi.
