Membrana separadora de batería de iones de litio: definición, función y desarrollo

Introducción

Las baterías de iones de litio se han convertido en la principal opción para los dispositivos electrónicos portátiles. Se han vuelto populares en los campos militar, de vehículos eléctricos y aeroespacial. Las baterías de iones de litio se caracterizan por diferentes membranas separadoras. Estas membranas dependen de la naturaleza del electrolito que se utilice. Estas baterías tienen energía de alta densidad y alta potencia específica. Estas ventajas no pueden aprovecharse de otro almacenamiento de energía electroquímica. El funcionamiento de la batería implica cargar y descargar.

Los tres componentes principales de la batería son ánodo, cátodo y electrolito. El electrolito funciona como un separador electrónico. Puede ser un disolvente, sal, separador o una membrana conductora de iones sólidos. Si se usa un electrolito líquido, entonces se requiere una membrana para separar dos electrodos. La membrana debe ser porosa para que el electrolito pueda fluir a través de ella. El electrolito de gel de polímero es un tipo común de membrana que se utiliza en las baterías de iones de litio. Esta membrana evita que los electrodos positivos y negativos entren en contacto entre sí y también proporciona un transporte iónico rápido para completar el circuito.

¿Qué es la membrana separadora de batería de iones de litio?

Es una membrana permeable que se coloca entre el ánodo y el cátodo de la batería. Estas membranas son de importancia crítica en baterías electroquímicas que contienen líquido. Un separador está formado por membranas poliméricas. Forma una capa microporosa y es químicamente estable con respecto al electrolito. Esta membrana debe ser lo suficientemente fuerte mecánicamente para soportar una alta tensión durante la construcción de la batería. Estas membranas tienen propiedades particulares que afectan directamente el rendimiento y la eficiencia operativa de la batería. Pueden afectar las densidades de energía, las densidades de potencia, el ciclo de vida y la seguridad de la batería.

Celda de batería LiFePO4 de baja temperatura de 3,2 V y 20 A -40 ℃ Capacidad de descarga de 3C≥70 % Temperatura de carga: -20~45 ℃ Temperatura de descarga: -40~+55 ℃ Prueba de acupuntura aprobada -40 ℃ Tasa máxima de descarga: 3C

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El material utilizado para fabricar membranas puede ser fibras no tejidas, películas de polímero o cualquier sustancia natural. Las membranas líquidas constan de una fase sólida y líquida dentro de un separador microporoso. Los conductores de iones sólidos desempeñan el papel de separador y de electrolito. Estos separadores pueden ser hojas únicas o múltiples del material. Estas membranas están fabricadas con materiales orgánicos e inorgánicos. También se fabrican mediante procesos secos que aumentan la densidad de potencia de la batería. Algunas de las membranas utilizadas en las baterías de iones de litio se detallan a continuación:

Membranas de polímero sólido

El electrolito polimérico es sólido y seco y no contiene líquido orgánico. El óxido de polietileno se utiliza en gran medida. Se forma disolviendo una sal de litio en óxido de polietileno para formar un conductor.

Separadores microporosos

Esta membrana se utiliza en baterías de electrolitos líquidos. La membrana evita el contacto del cátodo y el ánodo y permite el transporte iónico libre. La presencia del separador puede disminuir la conductividad efectiva del electrolito y aumenta el valor de la impedancia de la celda. Se utilizan separadores más delgados para aumentar la conductividad iónica.

Películas no tejidas

Se procesa a partir de fibras en el textil. Mejora la absorbancia del electrolito y reduce la resistencia iónica. Aumenta la eficiencia de carga y descarga de la batería. Tienen poco peso y son porosos. Estas características los hacen ideales para ser utilizados como separadores.

¿Cuál es la función del separador de baterías de iones de litio?

La membrana del separador se humedece con electrolito y forma un catalizador que acelera el movimiento de iones del cátodo al ánodo en la carga y en sentido inverso en caso de descarga. El separador actúa como aislante con baja conductividad eléctrica. Una cantidad muy pequeña de corriente pasa a través de este separador, lo que se denomina autodescarga. El separador es una barrera entre el ánodo y el cátodo y permite el intercambio de iones de litio. El electrolito se puede absorber en el separador poroso para lograr una reacción química. La disposición del separador y los electrodos proporciona a la batería un soporte mecánico. Proporcionan estabilidad química a la batería.

Batería de polímero resistente para portátiles de alta densidad de energía y baja temperatura Especificación de la batería: 11,1 V 7800 mAh -40 ℃ Capacidad de descarga de 0,2 C ≥80 % A prueba de polvo, resistencia a caídas, anticorrosión, antiinterferencias electromagnéticas

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Cuando la batería se calienta demasiado, los poros del separador se cierran y se detiene el transporte de iones. Esto evita que la célula se queme. Funciona como un fusible de seguridad interno para la batería. Los materiales recubiertos de cerámica se utilizan como separadores, ya que no se derriten y esto le da a la batería una seguridad adicional. En un separador de capas múltiples, las capas tienen diferentes temperaturas de transición de fase. El componente con bajo punto de fusión se funde y llena los poros del otro componente, deteniendo el flujo de iones. Reduce la corriente a medida que aumenta la temperatura de la celda. Los separadores también exhiben un carácter hidrófilo con extraordinarias propiedades mecánicas.

¿Cuál es el desarrollo reciente de la membrana separadora de batería de iones de litio?

La ciencia y la tecnología tienen un papel fundamental que desempeñar en la era actual. La nueva tecnología está diseñada para mejorar las capacidades de las baterías de iones de litio. Se están desarrollando ánodos y cátodos de alta capacidad. El avance en los separadores de iones de litio garantizará la seguridad adicional de la batería. Existen numerosos desafíos que afrontar en relación con los separadores de membrana utilizados en las baterías. La modificación en los separadores se ha incrementado en los últimos años debido a que la superficie del polímero afecta en gran medida la eficiencia y la seguridad de la batería.

Si se agregan rellenos, el rendimiento de la batería aumenta debido a la conductividad iónica. Para ello, se utilizan cerámicas de óxido inerte, materiales de carbono y cargas de litio. También se están utilizando las nuevas mezclas basadas en polímeros naturales y conductores dentro del separador de membranas. La demanda futura es obtener un polímero con una porosidad superior al 50%. También se está considerando el uso de líquidos iónicos como electrolito. Las perspectivas se centran en aumentar la calidad de la matriz polimérica y los rellenos para obtener estabilidad mecánica y mejorar el rendimiento cíclico de la batería. Se está desarrollando un separador compuesto con metilcelulosa como electrolito de polímero en gel. Permitirá separadores respetuosos con el medio ambiente que realicen excelentes procesos mecánicos y térmicos. También se está considerando el uso de zeolitas y arcilla como cargas. Los separadores de batería en las baterías de iones de litio afectan todas las características relacionadas con la alta potencia y el rendimiento cíclico eficiente de la batería.