Matériaux organosiliciés : les « gardiens invisibles » des nouvelles industries de l'énergie et du stockage d'énergie.
L’organosilicium sans prétention déclenche une révolution des matériaux dans le nouveau domaine énergétique !
Dans le nouveau secteur énergétique en plein essor d'aujourd'hui, alors que nous nous concentrons sur la densité énergétique des batteries et l'efficacité de la conversion photovoltaïque, un type de "matériau invisible" protège silencieusement la sécurité et la stabilité des nouveaux systèmes énergétiques-matériaux organosiliciés. De l'encapsulation photovoltaïque à la gestion thermique des batteries, des additifs électrolytiques à la protection des tampons, l'organosilicium, avec sa structure moléculaire et ses propriétés uniques, est devenu un matériau clé indispensable dans le nouveau domaine énergétique.
L'« ange gardien » de l'industrie photovoltaïque : les matériaux d'encapsulation organosilicium
Dans le domaine photovoltaïque, les modules sont exposés à l’extérieur pendant de longues périodes, confrontés à de multiples défis, notamment le rayonnement ultraviolet, les variations de température et la corrosion due à l’humidité. L'équipe Polymer Energy Chemistry de l'Université normale de Gannan a récemment développé un matériau d'encapsulation élastomère organosilicié haute-performance. Cela stimule non seulement l'innovation dans la technologie d'encapsulation des cellules photovoltaïques, mais résout également efficacement les principaux défis liés à l'ignifugation, au respect de l'environnement et à la résistance à l'usure.
La valeur de ce matériau d’encapsulation réside non seulement dans sa protection mais également dans sa capacité à améliorer l’efficacité de la production d’électricité. Des chercheurs de l'Université du Sichuan ont développé un revêtement ultra-glissant et autonettoyant-à base de résine de silicone et d'huile de méthylsilicone, qui peut être appliqué sur la surface des panneaux photovoltaïques. Ce revêtement est non seulement hydrophobe (avec un angle de contact statique avec l'eau allant jusqu'à 109 degrés), mais possède également une excellente transmission optique, ce qui peut améliorer l'efficacité initiale des cellules solaires de 0,18 %. Plus surprenant encore, les performances du revêtement restent pratiquement inchangées même après 100 cycles de polissage avec du papier de verre grain 400.
Un « pare-feu » pour la sécurité des batteries : matériaux de gestion thermique et de protection organosiliciés
L’emballement thermique des batteries constitue le plus grand défi de sécurité auquel sont confrontés les véhicules à énergies nouvelles et les centrales électriques de stockage d’énergie. Lorsqu’une seule batterie subit un emballement thermique, empêcher la propagation de la chaleur et arrêter la propagation du feu devient un défi technologique majeur.
Le projet « Recherche et développement de matériaux organosiliciés multifonctionnels à haute conductivité thermique et à forte isolation » récemment lancé par l'Université de technologie de Wuhan a investi 10,94 millions de yuans pour surmonter les technologies de base des matériaux de gestion thermique. Ce matériau répondra simultanément à la double exigence de conductivité thermique élevée et de forte isolation, offrant ainsi une solution pour dissiper la chaleur des batteries électriques et prévenir les courts-circuits.
Le « tampon » du module batterie : allier légèreté et sécurité
Dans les modules de batterie, un tampon tampon est nécessaire entre la cellule de batterie et la plaque d'extrémité du module pour remplir plusieurs fonctions telles que la mise en mémoire tampon mécanique, l'assistance à la gestion thermique et la protection de l'isolation électrique. La fabrication de tampons en polyuréthane est indissociable du « contrôle précis » de l’huile silicone spéciale.
L'huile de silicone spécialisée agit comme un « régulateur cellulaire » et un « stabilisant d'interface » dans le processus de moussage du polyuréthane. En contrôlant avec précision la tension interfaciale gaz-liquide, il permet à des centaines de millions de bulles de taille micrométrique-de se nucléer et de se développer de manière uniforme et ordonnée, augmentant ainsi le taux de cellules fermées-à plus de 92 %. Les expériences montrent qu'après l'ajout d'huile de silicone spécialisée, le diamètre moyen des pores a diminué de 450 μm à 280 μm et l'écart type de la distribution de la taille des pores a été réduit de 40 %.
Ce contrôle précis conduit non seulement à une optimisation structurelle mais également à une amélioration des performances. La déformation rémanente à la compression du tampon contenant de l'huile de silicone spéciale a diminué de 18,7 % à 9,3 % après 1 000 heures à 85 degrés, tandis que la température d'initiation de la décomposition thermique a augmenté de 275 degrés à 298 degrés. Plus important encore, lors des tests de compatibilité électrolytique, le taux de changement de masse du tampon tampon modifié avec une huile de silicone spéciale n'était que de -0,03 %, alors que les matériaux ordinaires présentaient une surface poudrée et fissurée.
"Stabilisateur" pour batteries haute-tension : additifs électrolytiques organosiliciés
À mesure que les batteries lithium-ion évoluent vers des tensions plus élevées, les électrolytes traditionnels sont susceptibles de se décomposer sous haute tension, ce qui affecte les performances de la batterie. Des chercheurs de l'Université du Hubei ont découvert que l'utilisation du bis(triméthylsiloxyméthylsilane) (HTMS) comme additif haute tension-peut résoudre efficacement ce problème.
Les liaisons silicium-oxygène (Si-O) dans le HTMS peuvent se lier aux produits acides présents dans l'électrolyte, ralentissant leur corrosion du matériau cathodique. Simultanément, en conjonction avec le carbonate de fluoroéthylène (FEC), une couche d'interface à faible -résistivité contenant du fluorure de lithium et des composés organosiliciés est formée entre l'électrode et l'électrolyte. Les batteries Li/LNMO utilisant cette technologie conservent une capacité élevée de 120,78 mAh/g après 100 cycles à 1C sous une haute tension de 5V. Plus impressionnant encore, à une température basse de -20 degrés, la batterie conserve une capacité spécifique de 103,96 mAh/g après 200 cycles à 1 °C, surpassant largement les électrolytes traditionnels.
Perspectives d'avenir : le potentiel illimité de l'organosilicium dans le domaine des nouvelles énergies
De l'emballage photovoltaïque à la gestion thermique des batteries, des additifs électrolytiques à la protection des tampons, les matériaux organosiliciés deviennent un matériau clé indispensable dans la nouvelle industrie énergétique en raison de leur excellente résistance aux hautes et basses températures, de leur isolation électrique, de leur stabilité chimique et de leur capacité de conception.
À l'avenir, avec le développement continu de véhicules à énergie nouvelle, de centrales électriques de stockage d'énergie, de production d'énergie photovoltaïque et d'autres domaines, les exigences en matière de performances des matériaux deviendront plus strictes. Une conductivité thermique élevée, une forte isolation, une résistance à haute tension et une résistance à haute température deviendront des axes de développement importants pour les matériaux organosiliciés. Comme le démontre le projet de l'Université de technologie de Wuhan, grâce à une conception moléculaire précise et à l'optimisation de la formulation, les matériaux organosiliciés devraient réaliser des percées industrielles d'ici 1-2 ans, fournissant ainsi des matériaux fiables et peu coûteux produits dans le pays pour la nouvelle industrie énergétique de mon pays.
Dans cette nouvelle révolution énergétique, les matériaux organosiliciés ne sont peut-être pas les protagonistes les plus éblouissants, mais ce sont les « héros invisibles » qui sauvegardent silencieusement la sécurité et la stabilité du système. Avec les progrès continus de la science des matériaux, ce « gardien invisible » jouera un rôle de plus en plus important dans le domaine des nouvelles énergies.
