(Phys.org) —Para evitar cortocircuitos en las baterías, Las membranas separadoras porosas a menudo se colocan entre los electrodos de una batería. Por lo general, hay una compensación involucrada, ya que estos separadores deben prevenir simultáneamente la fuga de corriente entre electrodos mientras permiten que los iones pasen a través de los canales porosos para generar corriente. Convencionalmente estas membranas están hechas de materiales sintéticos, como polímeros.

En un nuevo estudio publicado en Nano letras , Investigadores del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) en Corea del Sur han diseñado un nanomaterial de celulosa, o "c-mat, "Membrana separadora que contiene una fina capa de celulosa vegetal nanoporosa encima de una gruesa capa de polímero macroporoso.

Al ajustar con precisión el grosor de las dos capas, los investigadores pudieron diseñar una membrana separadora que equilibra delicadamente la compensación entre prevenir la fuga de corriente y respaldar el transporte rápido de iones.

Con sus diminutos poros, la capa de celulosa nanoporosa evita la fuga de corriente entre los electrodos, Previniendo cortocircuitos. Por otra parte, Los canales porosos de la capa de polímero macroporoso son demasiado grandes para evitar la fuga de corriente entre los electrodos. pero su gran tamaño les permite funcionar como "carreteras iónicas" para transportar cargas rápidamente.

El nuevo separador tiene otra gran ventaja:a altas temperaturas (60 ° C), las baterías con las nuevas membranas separadoras tienen una capacidad de retención del 80% después de 100 ciclos, mientras que las baterías con separadores de polímeros comerciales típicos mantienen solo el 5% de su capacidad inicial después de 100 ciclos a la misma temperatura.

Los investigadores explican que la gran pérdida de capacidad en las baterías comerciales a alta temperatura se produce debido a reacciones secundarias no deseadas entre las sales de litio y el agua. que produce subproductos nocivos como los iones de manganeso. La capa de celulosa nanoporosa de las nuevas membranas separadoras tiene una capacidad quelante de manganeso, para que se una a los iones manganeso y les impida participar en las reacciones que provocan la pérdida de capacidad. Además, la capa de polímero macroporoso captura los reactivos ácidos que producen los iones de manganeso, resultando en menos de estos iones en primer lugar.

"Demostramos en este trabajo que el separador c-mat químicamente activo a base de celulosa puede mitigar los efectos adversos inducidos por iones de manganeso, "coautor Sang-Young Lee, Profesor de la Escuela de Ingeniería Química y Energética de UNIST, dicho Phys.org . "Esto permite una mejora notable en el rendimiento del ciclo de alta temperatura mucho más allá de lo que se puede lograr con las tecnologías de membranas convencionales".

En el futuro, los investigadores planean modificar los separadores para su uso potencial en baterías recargables de próxima generación como iones de sodio, litio-azufre, y baterías de iones de metal.

"Se espera que el separador c-mat se utilice para baterías de alto rendimiento de próxima generación con estabilidad a alta temperatura, por ejemplo, en baterías de gran tamaño para vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de electricidad a escala de red, "Dijo Lee.

Además de su uso como membrana separadora de baterías, el separador c-mat también tiene aplicaciones potenciales en membranas para sistemas de desalinización, así como para sensores ecológicos para iones de metales pesados.

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