Il team cinese sviluppa un nuovo separatore di batterie resistente alle alte temperature per migliorare la sicurezza delle batterie al litio

Recentemente, le preoccupazioni sulla sicurezza delle batterie al litio, in particolare il potenziale di temperature elevate improvvise durante la ricarica, hanno attirato un‘attenzione significativa. Un team di ricerca dell‘Istituto di Fisica Moderna dell‘Accademia Cinese delle Scienze, in collaborazione con l‘Università di Lanzhou e il Laboratorio Provinciale di Scienza e Tecnologia Energetica Avanzata del Guangdong, ha sviluppato un processo innovativo per la creazione di separatori di poliimmide resistenti alle alte temperature. Questo lavoro, realizzato utilizzando la tecnologia delle tracce ioniche e supportato dal Lanzhou Heavy Ion Accelerator, mira a migliorare la sicurezza delle batterie agli ioni di litio.

I risultati, che rappresentano un progresso significativo nella scienza dei materiali per batterie, sono stati pubblicati sulla rivista ACS Nano. Sia il primo autore che l‘autore corrispondente provengono dall‘Institute of Modern Physics.

Il team ha spiegato che i separatori sono componenti vitali delle batterie agli ioni di litio, in quanto isolano gli elettrodi consentendo il trasporto agli ioni di litio. Mentre le batterie al litio commerciali ora raggiungono densità di energia fino a 300 Wh/kg, i problemi di sicurezza diventano più critici con densità di energia più elevate. I separatori poliolefinici tradizionali, che mancano di stabilità termica e presentano strutture dei pori incoerenti, sono soggetti a restringimento alle alte temperature, causando potenzialmente cortocircuiti.

La poliimmide è considerata un materiale ideale per separatori più sicuri grazie alla sua eccellente stabilità termica, all‘elevata resistenza meccanica e alla durata chimica. Lo sviluppo di separatori di poliimmide con strutture dei pori coerenti è essenziale per migliorare la sicurezza della batteria.

Utilizzando la tecnologia delle tracce ioniche, il team ha creato un nuovo processo di produzione per i separatori di poliimmide. Questi separatori dimostrano vantaggi significativi rispetto a quelli poliolefinici:

• Elevata resistenza meccanica: fino a 150,6 MPa.
• Eccellente stabilità termica: nessun ritiro a 450°C.
• Distribuzione delle dimensioni dei pori stretta: deviazione standard <6%.
• Canali porosi allineati verticalmente: tortuosità = 1.

In condizioni di test di 3 mA/cm², le celle simmetriche al litio che utilizzano questi separatori hanno funzionato in modo stabile per 1.200 ore e hanno mostrato una deposizione uniforme di litio, sopprimendo efficacemente la crescita dei dendriti. Inoltre, le celle a sacchetto di litio ferro fosfato dotate di separatori hanno raggiunto 1.000 cicli a temperatura ambiente con un tasso di ritenzione della capacità del 73,25% e hanno funzionato in modo affidabile a 150 °C.

Questa ricerca offre un nuovo approccio allo sviluppo di separatori di batterie agli ioni di litio affidabili e ad alte prestazioni e ai processi di produzione, fornendo un percorso promettente per migliorare la sicurezza delle batterie.