Os enxeñeiros desenvolveron un separador que estabiliza os electrólitos gasosos para que as baterías de temperatura ultra baixa sexan máis seguras

Segundo informes de medios estranxeiros, os nanoenxeñeiros da Universidade de California en San Diego desenvolveron un separador de batería que pode actuar como barreira entre o cátodo e o ánodo para evitar que se evapore o electrólito gasoso da batería. O novo diafragma evita que se acumule a presión interna da tormenta, evitando así que a batería se inche e explote.

O líder da investigación, Zheng Chen, profesor de nanoenxeñería na Escola de Enxeñaría Jacobs da Universidade de California, en San Diego, dixo: "Ao atrapar moléculas de gas, a membrana pode actuar como estabilizadora de electrólitos volátiles".

O novo separador pode mellorar o rendemento da batería a temperaturas ultra baixas. A célula da batería que utiliza o diafragma pode funcionar a menos 40 °C e a capacidade pode chegar a 500 miliamperios hora por gramo, mentres que a batería comercial do diafragma ten case cero enerxía neste caso. Os investigadores din que aínda que non se use durante dous meses, a capacidade das células da batería aínda é alta. Este rendemento mostra que o diafragma tamén pode prolongar a vida útil de almacenamento. Este descubrimento permite aos investigadores acadar aínda máis o seu obxectivo: producir baterías que poidan proporcionar electricidade aos vehículos en ambientes xeados, como naves espaciais, satélites e barcos de profundidade.

Esta investigación baséase nun estudo realizado no laboratorio de Ying Shirley Meng, profesora de nanoenxeñería da Universidade de California, San Diego. Esta investigación utiliza un electrólito de gas licuado particular para desenvolver unha batería que poida manter un bo rendemento nun ambiente con menos 60 °C por primeira vez. Entre eles, o electrólito de gas licuado é un gas que se licua aplicando presión e é máis resistente ás baixas temperaturas que os electrólitos líquidos tradicionais.

Pero este tipo de electrólito ten un defecto; é fácil cambiar de líquido a gas. Chen dixo: "Este problema é o maior problema de seguridade para este electrólito". Hai que aumentar a presión para condensar as moléculas líquidas e manter o electrólito en estado líquido para usar o electrólito.

O laboratorio de Chen colaborou con Meng e Tod Pascal, profesor de nanoenxeñería da Universidade de California, en San Diego, para resolver este problema. Ao combinar a experiencia de expertos en informática como Pascal con investigadores como Chen e Meng, desenvolveuse un método para licuar o electrólito vaporizado sen aplicar demasiada presión rapidamente. O persoal mencionado anteriormente está afiliado ao Centro de Enxeñaría e Ciencia de Investigación de Materiais (MRSEC) da Universidade de California, San Diego.

Este método toma prestado dun fenómeno físico no que as moléculas de gas se condensan espontáneamente cando están atrapadas en pequenos espazos a nanoescala. Este fenómeno chámase condensación capilar, que pode facer que o gas se volva líquido a menor presión. O equipo de investigación utilizou este fenómeno para construír un separador de batería que pode estabilizar o electrólito en baterías de temperatura ultra baixa, un electrólito de gas licuado feito de gas fluorometano. Os investigadores utilizaron un material cristalino poroso chamado marco metal-orgánico (MOF) para crear a membrana. O único do MOF é que está cheo de pequenos poros, que poden atrapar moléculas de gas fluorometano e condensalas a unha presión relativamente baixa. Por exemplo, o fluorometano adoita encollerse a menos 30°C e ten unha forza de 118 psi; pero se se usa MOF, a presión de condensación do poroso á mesma temperatura é só de 11 psi.

Chen dixo: "Este MOF reduce significativamente a presión necesaria para que o electrólito funcione. Polo tanto, a nosa batería pode proporcionar unha gran cantidade de capacidade a baixas temperaturas sen degradación". Os investigadores probaron un separador baseado en MOF nunha batería de iones de litio. . A batería de ión-litio consta dun cátodo de fluorocarbono e un ánodo de metal de litio. Pode enchelo cun electrólito de fluorometano gasoso a unha presión interna de 70 psi, moi inferior á presión necesaria para licuar o fluorometano. A batería aínda pode manter o 57% da súa capacidade a temperatura ambiente a menos 40 °C. Pola contra, á mesma temperatura e presión, a potencia dunha batería de diafragma comercial que utiliza un electrólito gasoso que contén fluorometano é case cero.

Os microporos baseados no separador MOF son a clave porque estes microporos poden manter máis electrólitos que flúen na batería mesmo a presión reducida. O diafragma comercial ten poros grandes e non pode reter moléculas de electrólitos gasosos a presión reducida. Pero a microporosidade non é a única razón pola que o diafragma funciona ben nestas condicións. O diafragma deseñado polos investigadores tamén permite que os poros formen un camiño continuo dun extremo ao outro, garantindo así que os ións de litio poidan fluír libremente a través do diafragma. Na proba, a condutividade iónica da batería que utiliza o novo diafragma a menos 40 °C é dez veces a da batería que utiliza o diafragma comercial.

O equipo de Chen está a probar separadores baseados en MOF noutros electrólitos. Chen dixo: "Vimos efectos similares. Ao usar este MOF como estabilizador, pódense adsorber varias moléculas de electrólitos para mellorar a seguridade da batería, incluídas as baterías de litio tradicionais con electrólitos volátiles".