Investigadores de la Universidad Nacional de Incheon han logrado avances en la seguridad de las baterías de litio. Las baterías de iones de litio son comúnmente utilizadas en el mundo actual, pero existe un proceso que puede obstaculizar su funcionalidad: el cortocircuito interno causado por el contacto directo entre el cátodo y el ánodo (conductores que forman el circuito dentro de la batería). Para prevenir esto, se utilizan separadores hechos de poliolefinas, un tipo de polímero que mantiene la separación. Desafortunadamente, estos separadores pueden derretirse a altas temperaturas y la absorción inadecuada de electrolito puede provocar cortocircuitos y disminuir la eficiencia de la batería. Se han propuesto varios métodos diferentes para resolver estos problemas.
Uno de estos métodos es aplicar recubrimientos cerámicos a los separadores, lo que mejora su resistencia a la presión y al calor. Sin embargo, este método aumenta el grosor de los separadores, reduciendo su adherencia y afectando negativamente el rendimiento de la batería. Otro enfoque es el uso de recubrimientos de polímeros en un proceso conocido como polimerización adhesiva. Esto implica la adhesión de unidades individuales (monómeros) a los separadores para darles las propiedades deseadas.
En un estudio reciente publicado en la revista «Energy Storage Materials», investigadores de la Universidad Nacional de Incheon presentan los resultados exitosos de la polimerización adhesiva en separadores de polipropileno (PP), utilizando una capa uniforme de dióxido de silicio (SiO2). Esta investigación fue realizada por un equipo liderado por el Dr. Jeongsik Yun del Departamento de Energía e Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Incheon. Los resultados de la investigación, publicados en línea el 13 de diciembre de 2023, fueron descritos en el volumen 65 de la revista «Energy Storage Materials» en febrero de 2024.
Inspirado por la necesidad de materiales de alto rendimiento para las baterías de vehículos eléctricos, el Dr. Yun ha estado trabajando intensamente en este campo. Su objetivo no solo es mejorar el rendimiento de las baterías, sino también aliviar las preocupaciones de los consumidores sobre las explosiones de las baterías, lo que puede influir en la adopción de vehículos eléctricos.
Durante el estudio, el Dr. Yun se enfocó en la estabilidad térmica de un separador de batería comercial hecho de poliolefinas, que son susceptibles a altas temperaturas. Para mejorar la estabilidad térmica de los separadores, el equipo de investigación los recubrió con nanopartículas de dióxido de silicio (SiO2), que son materiales termorresistentes.
Como parte del estudio, se realizaron varias modificaciones al separador de PP. Inicialmente, se le aplicó una capa de polivinilideno fluorado, un producto químico elegido para mejorar la afinidad y la estabilidad térmica del electrolito, así como para introducir reacciones adhesivas. Luego, el separador pasó por una polimerización adhesiva utilizando moléculas de metacrilato y, finalmente, se recubrió con una capa de partículas de SiO2. Estas modificaciones hicieron que el separador fuera más resistente al calor, redujeron el crecimiento de dendritas de litio y mejoraron su rendimiento durante el ciclo de carga y descarga.
Además, estas modificaciones no solo preservaron el almacenamiento de energía en las baterías de iones de litio por unidad de volumen, sino que también superaron otros métodos de recubrimiento en términos de rendimiento celular. Esta técnica muestra grandes promesas en la creación de separadores duraderos y en el avance del uso de las baterías de iones de litio en vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía.
En resumen, este estudio presenta un método confiable para la creación de separadores innovadores y duraderos para las baterías de iones de litio, abriendo potencialmente el camino hacia un futuro más respetuoso con el medio ambiente.
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