Separadores de batería:todo lo que necesita saber

Todos sabemos acerca de las baterías. También nos acostumbramos a cómo funcionan. Las baterías aseguran que nuestros dispositivos electrónicos portátiles (teléfonos, computadoras portátiles, etc.) estén completamente cargados. Pero, la mayoría de nosotros no entendemos cómo funciona una batería. Sin embargo, ayudaría si no te preocuparas. Este artículo simplifica y explica todo lo que necesitas saber sobre los separadores de batería.

Vamos a sumergirnos.

¿Qué es exactamente un separador de batería?

Estructura de la batería de iones de litio

Un separador de batería es una membrana permeable entre su ánodo y cátodo. Los dos son los electrodos de la batería.

El separador mantiene separados ambos electrodos para evitar un cortocircuito eléctrico. El ánodo es el electrodo positivo y el cátodo es el electrodo negativo.

Además, el separador es un componente crítico. Actúa como un paso de electrones hacia y desde el cátodo o el ánodo. El separador de batería debe ser poroso para permitir el transporte de los iones de litio.

El rendimiento y la eficiencia de las baterías de iones de litio dependen de las propiedades y la estructura del separador.

¿Cuál es la función de un separador de batería?

La función de un separador de batería es garantizar la seguridad evitando cortocircuitos.

Pero eso no es todo.

La función principal de un separador de batería es permitir el movimiento seguro de iones. Esto es lo que hace que la batería cargue tu dispositivo electrónico.

El movimiento de electrones del ánodo al cátodo ocurre cuando la batería se está cargando. Y cuando los electrones se mueven al revés, del cátodo al ánodo, la batería se está descargando.

¿Cuál es la estructura de un separador de batería?

La estructura consta de tres secciones:el cátodo, el ánodo y un separador poroso. Sencillo, ¿verdad?

Miremos la imagen de abajo.

Estructura de las células AA

El movimiento de electrones es de electrodos de ánodo o cátodo. El cátodo es el electrodo negativo, mientras que el ánodo es el electrodo positivo, dependiendo de las funciones de carga o descarga de la batería.

El separador es poroso para permitir el movimiento de electrones. Para mayor eficiencia, el separador generalmente consta de membranas poliméricas que forman capas microporosas.

Aunque los poros no son visibles para el ojo humano, permiten el movimiento de iones de litio.

Sin el separador, la funcionalidad de la batería es nula. Las películas de poliolefina porosa controlan la fuga de iones cuando una batería auxiliar es ideal (autodescarga).

La capa microporosa no permite la conductividad eléctrica, actuando siempre como aislante.

La única nota es que la temperatura afecta el rendimiento de los separadores. Si la temperatura sube hasta cierto punto, los poros se bloquean y se cierran. Por lo tanto, detiene el movimiento de los iones de litio.

¿Qué materiales fabrican los separadores comerciales de batería?

El material debe ser no conductor. Y debe tener una gran estabilidad térmica (se explica más adelante en este artículo).

Los fabricantes utilizan grados especiales de poliolefina para producir baterías recargables de iones de litio. El material de poliolefina se obtiene laminando polietileno y polipropileno juntos.

La poliolefina es una preferencia debido a sus propiedades mecánicas, estabilidad química. Las empresas también prefieren la poliolefina debido a su bajo costo.

La imagen de abajo es un separador de batería de poliolefina, por lo tanto aplicable en baterías recargables.

Fuente:Plasticstoday.com

Además de la poliolefina, otros materiales incluyen:

• Cloruro de polivinilo
• Capa de revestimiento cerámico de nailon
• Poliéster
• Amianto
• Vidrio y
• Tetrafluoroetileno.

Proceso de Fabricación de un Separador de Baterías

Al igual que su estructura, el proceso de producción de separadores de batería es simple. El proceso es estirando o procesando en húmedo el material de poliolefina.

El procedimiento seco implica el uso de una fuerza mecánica para crear los poros. Y es adecuado para densidades de potencia más altas.

El proceso húmedo implica agregar aditivos al material de la película de poliolefina. Por lo tanto, es un proceso químico de creación de poros.

Si bien es simple, el proceso de secado hace que los poros tengan diferentes tamaños. El resultado es una reducción de la eficacia del separador. El procedimiento seco también debilita el separador, minimizando así su resistencia a la perforación.

El proceso húmedo es un poco más complicado y costoso también. Afortunadamente, crea los mismos tamaños de poros para el separador. El resultado es una mejora en la humectabilidad.

Nota al margen:la humectabilidad es la capacidad del separador de batería para "mojarse" con sus soluciones electrolíticas. Si bien el proceso húmedo es efectivo, no aumenta la retención de electrolitos.

¿Cuáles son las propiedades de un separador de baterías?

La pregunta ayuda a comprender qué hace que un separador de batería auxiliar sea bueno. El separador no solo es responsable de la eficiencia de la batería sino también de la seguridad.

Entendemos mejor ambos requisitos (eficiencia y seguridad) examinando sus diferentes propiedades. Así que vamos a intentarlo.

Batería de iones de litio

1. Estabilidad química

Como ya sabe, un separador de batería debe tener propiedades de no conductividad. Es decir, el separador no debe reaccionar con los electrodos de ánodo o cátodo.

Además, el separador debe permanecer químicamente estable. Una vez más, esto asegura que el separador no reaccione con el electrolito líquido. Tal estabilidad ayuda a la batería a superar la degradación.

2. Espesor y Resistencia Mecánica

El objetivo es desarrollar una batería delgada sin perder su resistencia mecánica. En otras palabras, cuando un separador de batería de iones de litio es delgado, ayuda a reducir su potencia y densidad de energía.

Con esto en mente, los fabricantes de baterías se aseguran de que la batería principal tenga suficiente resistencia a la tracción. Ayuda a evitar que la batería se estire, especialmente durante el proceso de bobinado.

3. Porosidad y densidad de poros

La intención es que el separador tenga una alta densidad de poros. Esto retiene electrolitos y permite el libre movimiento de iones de litio entre los electrodos.

La porosidad del separador no debe ser demasiado grande ni demasiado pequeña. El tamaño de los poros debe ser lo suficientemente ancho para cerrarse cuando la batería se apague.

Medimos la porosidad de un separador en porcentaje. La porosidad promedio es del 40 por ciento. Y sí, los poros deben tener una distribución uniforme.

4. Estabilidad Térmica

El separador debe soportar y resistir una amplia gama de temperaturas. No debe rizarse ni arrugarse a temperaturas muy altas. El separador debe apagarse a temperaturas inferiores al punto de fusión del polímero antes del descontrol térmico. . En esencia, este es el proceso de recocido.

¿Desafíos (y soluciones) con los separadores de batería?

De acuerdo, hay desarrollos constantes para mejorar el rendimiento de las baterías recargables de iones de litio. Pero eso se ha enfrentado a bastantes desafíos.

La mayoría de estos desafíos se deben a necesidades emergentes. Por ejemplo, existen necesidades y requisitos para que las baterías soporten altas temperaturas.

Además, existe la necesidad de que las baterías duren mucho tiempo sin comprometer las propiedades de sus celdas.

Algunos de los desafíos que enfrenta la fabricación de separadores de batería incluyen:

a) La necesidad de producir separadores más delgados

b) Para aumentar la humectabilidad

c) La intención de mejorar el rendimiento de la batería a altas temperaturas

Permítanme explicar estos desafíos con más detalle.

La necesidad de un rendimiento térmico estable se debe a la invención de las redes eléctricas y los coches eléctricos. Ambos inventos requieren baterías resistentes que puedan soportar altas temperaturas.

Los fabricantes están mejorando el rendimiento de las celdas mediante el uso de nuevos materiales. Las estabilidades térmicas son mejores que las de la poliolefina.

La necesidad de mejorar la humectabilidad se debe a la incompatibilidad de la poliolefina. La elección del polímero no es compatible con los materiales electrolíticos comunes.

Los nuevos electrolitos convencionales son característicos de altas constantes dieléctricas. Lo que ayuda a acortar el proceso de fabricación de la batería.

Al mismo tiempo, la incompatibilidad de la poliolefina da como resultado una distribución desigual de la corriente. El resultado es una batería principal que no carga su dispositivo eléctrico durante el tiempo suficiente.

Finalmente, siempre existe la demanda de tener baterías más delgadas. Como era de esperar, esto es un desafío. Las baterías necesitan electrodos más gruesos para mantener más carga. No obstante, las empresas están desarrollando grados especiales de poliolefina para mejorar el alto peso molecular de Lid.

¿Hay algún avance en la batería de iones de litio?

Los fabricantes queman el aceite de medianoche para mejorar el rendimiento de los separadores de batería.

Las empresas desarrollan formas únicas (y posiblemente patentadas) de mejorar la humectabilidad y la estabilidad térmica. Echemos un vistazo a algunas de las mejoras hasta ahora.

Batería de iones de litio

a) Decoración del separador con nanopartículas de sílice

El proceso consiste en unir nanopartículas de sílice a los poros y paredes de los poros de los separadores. El resultado esperado es una humectabilidad mejorada hacia el electrolito de la batería. El método también mejora la resistencia de la batería al calor.

Mientras que el material del separador aumenta la resistencia al calor, las nanopartículas de sílice aumentan la humectabilidad.

b) Uso del proceso de inversión de fase para producir nuevos PEI (polieterimidas)

El proceso involucra el uso de PD y BPADA para producir separadores. Es útil porque el separador de batería ahora tiene mejores propiedades. Por ejemplo, el separador puede manejar una amplia gama de conductividades.

Los PEI también ayudan a minimizar el grado de hinchazón de la batería. Por lo tanto, da como resultado una absorción rápida de electrolitos.

Mejor aún, el separador de batería muestra una estabilidad térmica de hasta 220 °C.

c) Reticulación inducida por hidrógeno (HHC)

La técnica es una reticulación covalente de un óxido de polietileno en un separador de PP. El efecto es un aumento en la afinidad electrolítica de la poliolefina.

Con tal modificación, las baterías de iones de litio tienen una retención de alta capacidad. Las baterías también tienen baja resistencia interna.

Conclusión

Como hemos visto, un separador de batería es una membrana permeable que actúa como aislante. Separa el cátodo (electrodo negativo) del ánodo (electrodo positivo).

El separador es un material vital porque determina la efectividad de la batería. Con un separador poco confiable, una batería secundaria es igualmente de baja calidad.

Los fabricantes de baterías están descubriendo una nueva tecnología de separadores de baterías para mejorar su rendimiento. Por ejemplo, dichas baterías secundarias son aplicables en PCB (placas de circuito impreso), disponibles en WellPCB.