Un equipo chino desarrolla un nuevo separador de baterías resistente a altas temperaturas para mejorar la seguridad de las baterías de litio

Recientemente, las preocupaciones sobre la seguridad de las baterías de litio, en particular la posibilidad de altas temperaturas repentinas durante la carga, han atraído una atención significativa. Un equipo de investigación del Instituto de Física Moderna de la Academia China de Ciencias, en colaboración con la Universidad de Lanzhou y el Laboratorio Provincial de Ciencia y Tecnología Energética Avanzada de Guangdong, ha desarrollado un proceso innovador para crear separadores de poliimida resistentes a altas temperaturas. Este trabajo, realizado mediante la tecnología de seguimiento de iones y respaldado por el acelerador de iones pesados de Lanzhou, tiene como objetivo mejorar la seguridad de las baterías de iones de litio.

Los hallazgos, que representan un avance significativo en la ciencia de los materiales de las baterías, se publicaron en la revista ACS Nano. Tanto el primer autor como el autor correspondiente pertenecen al Instituto de Física Moderna.

El equipo explicó que los separadores son componentes vitales de las baterías de iones de litio, ya que aíslan los electrodos y permiten el transporte de iones de litio. Si bien las baterías de litio comerciales ahora alcanzan densidades de energía de hasta 300 Wh/kg, los problemas de seguridad se vuelven más críticos con densidades de energía más altas. Los separadores de poliolefinas tradicionales, que carecen de estabilidad térmica y presentan estructuras de poros inconsistentes, son propensos a contraerse a altas temperaturas, lo que puede causar cortocircuitos.

La poliimida se considera un material ideal para separadores más seguros debido a su excelente estabilidad térmica, alta resistencia mecánica y durabilidad química. El desarrollo de separadores de poliimida con estructuras de poros consistentes es esencial para mejorar la seguridad de las baterías.

Utilizando la tecnología de seguimiento iónico, el equipo creó un nuevo proceso de fabricación para separadores de poliimida. Estos separadores demuestran ventajas significativas sobre los de poliolefina:

• Alta resistencia mecánica: hasta 150,6 MPa.
• Excelente estabilidad térmica: sin contracción a 450 °C.
• Distribución estrecha del tamaño de los poros: desviación estándar <6%.
• Canales de poro alineados verticalmente: tortuosidad = 1.

En condiciones de prueba de 3 mA/cm², las celdas simétricas de litio que utilizan estos separadores realizaron un ciclo estable durante 1.200 horas y mostraron una deposición uniforme de litio, suprimiendo eficazmente el crecimiento de dendritas. Además, las celdas de bolsa de fosfato de hierro y litio equipadas con los separadores alcanzaron 1.000 ciclos a temperatura ambiente con una tasa de retención de capacidad del 73,25% y funcionaron de manera confiable a 150 °C.

Esta investigación ofrece un nuevo enfoque para desarrollar separadores y procesos de fabricación de baterías de iones de litio fiables y de alto rendimiento, lo que proporciona una vía prometedora para mejorar la seguridad de las baterías.