(Phys.org):uno de los mayores problemas que aquejan a las personas de alta energía las baterías de litio-metal son dendritas, que se forman cuando parte del litio del electrodo comienza a ramificarse fuera del electrodo y hacia el electrolito, provocando cortocircuitos. Para controlar el crecimiento de las dendritas, Los investigadores utilizan separadores de membrana para tratar de contener el litio, pero hasta ahora ningún material separador ha resultado ideal:los separadores cerámicos son frágiles y forman grietas, los separadores de polímeros son mecánicamente débiles, y hasta ahora ha sido muy difícil fabricar separadores de nanofibras eficaces.

Ahora, en un nuevo estudio publicado en Nano letras , Xiaoming Hao et al. puede haber encontrado un material separador que parece tener todas las propiedades adecuadas para realizar una batería a prueba de dendrita. Los investigadores ensamblaron membranas de nanofibras ultrafuertes hechas de un tipo de microfibra polimérica llamada Zylon (o PBO). Debido a que Zylon es liviano e incluso más fuerte que el Kevlar, se ha utilizado en varias aplicaciones de alta tecnología, incluidos los rovers marcianos de la NASA, prototipos de ascensores espaciales, y equipos deportivos como tablas de snowboard y raquetas de tenis.

Aquí los investigadores demostraron que, cuando las microfibras de Zylon se exfolian en nanofibras y luego se moldean en membranas delgadas, la combinación de fuerza, resistencia eléctrica, y su alta tolerancia al calor los convierten en separadores de membrana excepcionalmente buenos para prevenir el crecimiento de dendrita en las baterías de litio.

"El mayor significado de este trabajo es que se desarrollan membranas nanoporosas ultrafuertes a partir de nanofibras de Zylon exfoliadas, "el coautor Jian Zhu de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois, dicho Phys.org . "Estas membranas pueden servir como separadores de baterías de alto rendimiento para suprimir las dendritas de litio y tolerar condiciones extremas, como alta temperatura ".

En comparación con uno de los separadores de batería de última generación, Celgard 2400, la nueva membrana de nanofibras presenta ventajas en varias áreas. Después de 230 horas de ciclar una batería con el Celgard 2400, la superficie del electrodo aparece cubierta de musgo con crecimiento dendrítico de litio, mientras que la superficie de un electrodo con la nueva membrana de nanofibras permanece lisa incluso después de 700 horas. Esta prohibición de la formación de dendrita da como resultado ventajas de rendimiento, incluyendo mayor estabilidad a largo plazo y mayor eficiencia. Las nuevas membranas de nanofibras también son más tolerantes al calor, Entonces, mientras que el Celgard 2400 comienza a derretirse a aproximadamente 125 ° causando fallas en la batería, las baterías con las nuevas membranas continúan funcionando hasta 185 °, el punto en el que se descompone el electrolito.

En el futuro, Los investigadores planean explorar estrategias para la producción en masa a bajo costo de membranas de nanofibras a escala industrial.

"Hay varias direcciones para esta área en el futuro, ", Dijo Zhu." Una prioridad es que estamos buscando métodos de síntesis alternativos con menor costo y más respetuosos con el medio ambiente para preparar nanofibras de Zylon (PBO). Nuestro objetivo es hacer que estas membranas sean lo suficientemente baratas para que resulten más atractivas para los socios industriales. Otra dirección es la aplicación de estas membranas en otros sistemas de baterías que podrían implicar la formación de dendritas ".

Estos sistemas incluyen baterías a base de azufre, sodio, o aluminio, así como supercondensadores. Por sus excepcionales propiedades, las nanofibras también podrían usarse para reforzar la fuerza de los hidrogeles, aerogeles, y diversos materiales compuestos.

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