«Разработка и испытание опытного образца диэлектрического сепаратора, полученного с помощью нестационарного процесса электроформования.» (договор №4715ГС1/78288 от 13.09.2022) (заключительный)

Диэлектрический сепаратор в качестве составной части накопителя электрической энергии, является важным компонентом, от которого зависит надёжность, долговечность и полезные характеристики конечного устройства. В связи с потребностью в минимизации размеров накопителей электрической энергии, помимо высоких требований к электродам и электролитам, высокие требования предъявляются также и к сепараторам. Актуальность разработок в области технологий получения диэлектрических сепараторов, таким образом, одинаково высока, как и общемировая потребность в современных накопителях электрической энергии для носимой электроники, беспилотных летательных аппаратах, электротранспорте, центрах аккумулирования электрической энергии и так далее. Стационарный (классический) процесс электроформования (также известного как электроспиннинг) характеризуется образованием конуса Тейлора из раствора полимера на конце фильеры, вытягивание электрическим полем первичной нити раствора полимера, её расщепление и хаотическое укладывание на подложку с образованием нетканного полимерного волокнистого материала. По аналогии со стационарным процессом электроформования, в случае нестационарного сначала происходит формирования конуса Тейлора и образование главной нити, которая разделяется на множество субнитей меньшего диаметра, но затем обеспечиваются условия, когда отдельные субнити не успевают отверждаться в межэлектродном пространстве и формировать волокна на осадительном электроде. Такие субнити укладываются и испытывают множественные превращения на диэлектрической прослойке, установленной на подложку (осадительный электрод) – формируются сложные мембраноподобные структуры. Для усиления эффекта мембранообразования, подбирается материал и толщина диэлектрической прослойки, которая помещается на осадительный электрод, а также ряд технологических параметров. Сам процесс нестационарного электроформования является новаторским, настоящая разработка освещается впервые – раскрывается новый подход к использованию электроформования – организация нестационарного процесса, приводящего к получению мембраноподобных полимерных структур, представляющих из себя армированный микро- и нановолокнами композит из спайных между собой мембран. Все известные изобретения, основанные на электроформовании – используют стационарный процесс электроформования, когда формируемые независимые волокна, будучи уложенные на электрод-осадитель, более не изменяют свою морфологию в значительной мере (в некоторых случаях наблюдается только образование утолщений отдельных волокон и локальные спайности между волокнами) и не формируют мембраноподобную спайную структуру, практически всегда включают в себя стадию образования исключительно волокнистых структур. С помощью нестационарного электроформования возможно получение листовых, ленточных или иных форм слоёв диэлектрических сепараторов, используемых для разделения электродов в накопителях электрической энергии (электролитические конденсаторы, аккумуляторы, ионисторы, суперконденсаторы и т.д.). Технология позволяет организовать процесс нестационарного электроформования, что обеспечивает прямой синтез сепаратора (в одну стадию), процесс нетребователен к оборудованию, лабораторные и технологические линии простые, энергоэффективные и легко перестраиваемые. Также данные сепараторы возможно создавать с очень малой толщиной (до 2 мкм) без потери сквозной пористости и механических свойств, что с большим трудом достижимо и нестабильно по выходу годного продукта для классических нетканых материалов.