Un revestimiento separador inspirado en el nácar para baterías de litio tolerantes a los impactos
¿Las baterías de litio son fáciles de explotar? Los científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) pueden tener una forma de prevenir.
Comparación esquemática de la tolerancia al impacto del separador comercial y del separador de inspiración nacarada.
SONG Yonghui
En la vida moderna, las baterías de iones de litio se utilizan como fuentes de energía móviles en todos los aspectos de la vida cotidiana, por lo que la seguridad de las baterías de iones de litio es muy importante. Como componente clave de las baterías de iones de litio, los separadores influyen fuertemente en el rendimiento y en particular en la seguridad de las baterías de litio.
Sin embargo, bajo el estrés de un choque externo, el separador de poliolefina microporosa ampliamente utilizado es fácilmente deformable, acompañado del cambio de la red porosa interior, incluido el cierre de los poros, lo que conduce al flujo de iones de Li+ no homogéneo en la batería de litio, que creará una alta densidad de corriente local para desencadenar el crecimiento de las dendritas de litio en el electrodo, lo que provocará un cortocircuito e incluso la explosión de las baterías de litio.
Por lo tanto, es muy importante desarrollar un buen separador resistente a los impactos para mejorar la seguridad de las baterías de litio.
Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el profesor YAO Hongbin, NI Yong y YU Shuhong de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia de Ciencias de China propuso un revestimiento de inspiración nacarada en el separador para mejorar la seguridad de la batería de litio en caso de impacto externo. El estudio se publicó en Advanced Materials.
En el estudio, desarrollaron un método de grabado inducido por una solución alcalina en las plaquetas de aragonito para disolver la matriz proteica junto con algunas partes de carbonato de calcio amorfo para obtener una estructura porosa.
Luego desarrollaron un separador inspirado en el nácar mediante la fabricación de un revestimiento multicapa compuesto por las plaquetas porosas de aragonito (PAP) unidas por el polímero para reemplazar el revestimiento comercial de nanopartículas de cerámica. El separador recubierto de PAP (PAPCS) exhibe una mayor resistencia a la tracción, una mejor humectabilidad del electrolito y una menor contracción térmica en comparación con el separador comercial recubierto de nanopartículas de cerámica (CNCS).
Además de mostrar un poco más de estabilidad térmica y rendimiento electroquímico, el PAPCS puede dotar a la batería de una capacidad de resistencia a la deformación más excelente que el CACS cuando se encuentra con el impacto externo. Utilizaron los mismos gránulos para impactar el CNCS y el separador de revestimiento inspirado en el nácar a la misma altura, y luego utilizaron la microscopía electrónica de barrido para observar los cambios en la estructura de los poros del separador. Encontraron que la estructura de los poros dentro del separador de revestimiento inspirado en el nácar estaba bien retenida por el impacto de la pequeña bolita, mientras que los poros internos del CNCS mostraban una deformación muy pronunciada debido al impacto. Además, demostraron que la célula de la bolsa que utiliza el separador fabricado de inspiración nacarada exhibe una buena estabilidad de ciclo bajo el impacto externo, lo que contrasta fuertemente con el rápido cortocircuito de la célula de la bolsa que utiliza el CNCS comercial.
La estrategia de protección desarrollada, inspirada en el nácar, abrirá una nueva vía para mejorar la seguridad de las baterías de litio. Los investigadores creen que la metodología utilizada en este estudio es muy adecuada para la industrialización. Sin embargo, se requieren pruebas más rigurosas del separador de corriente antes de que se industrialice realmente. Si puede pasar la prueba de caracterización de la industria de las baterías, este proyecto puede ser industrializado en los próximos dos años.
A continuación, los investigadores buscan nuevas bio-inspiraciones para desarrollar nuevos separadores con altas propiedades mecánicas y número de transferencia de iones de litio. Quieren construir un material de membrana compuesta prismática/nácar que mejore aún más la resistencia al impacto de las baterías de iones de litio. Su objetivo final es proporcionar separadores avanzados para baterías de litio de alto rendimiento y seguras.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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