Separadores de bateria - tudo o que você precisa saber

Todos nós sabemos sobre baterias. Também nos acostumamos a como eles funcionam. As baterias garantem que nossos eletrônicos portáteis (telefones, laptops, etc.) estejam totalmente carregados. Mas, a maioria de nós não entende como uma bateria funciona. Ajudaria se você não se preocupasse, no entanto. Este artigo simplifica e explica tudo o que você precisa saber sobre separadores de bateria.

Vamos mergulhar.

O que exatamente é um separador de bateria?

Estrutura da bateria de íons de lítio

Um separador de bateria é uma membrana permeável entre seu ânodo e cátodo. Os dois são os eletrodos da bateria.

O separador mantém os dois eletrodos separados para evitar um curto-circuito elétrico. O ânodo é o eletrodo positivo e o cátodo é o eletrodo negativo.

Além disso, o separador é um componente crítico. Ele atua como uma passagem de elétrons de e para o cátodo ou o ânodo. O separador da bateria deve ser poroso para permitir o transporte dos íons de lítio.

O desempenho e a eficiência das baterias de íons de lítio dependem das propriedades e da estrutura do separador.

Qual ​​é a função de um separador de bateria?

A função de um separador de bateria é garantir a segurança evitando curto-circuito.

Mas isso não é tudo.

O principal papel de um separador de bateria é permitir o movimento seguro de íons. Isso é o que faz a bateria carregar seu dispositivo eletrônico.

O movimento dos elétrons do ânodo para o cátodo acontece quando a bateria está carregando. E quando os elétrons se movem no sentido inverso, do cátodo para o ânodo, a bateria está descarregando.

Qual ​​é a estrutura de um separador de bateria?

A estrutura é composta por três seções – o cátodo, o ânodo e um separador poroso. Simples, certo?

Vejamos a imagem abaixo.

Estrutura de células AA

O movimento do elétron é de eletrodos anódicos ou catódicos. O cátodo é o eletrodo negativo, enquanto o ânodo é o eletrodo positivo, dependendo das funções de carga ou descarga da bateria.

O separador é poroso para permitir o movimento de elétrons. Para maior eficiência, o separador geralmente consiste em membranas poliméricas que formam camadas microporosas.

Embora os poros não sejam visíveis ao olho humano, eles permitem o movimento dos íons de lítio.

Sem o separador, a funcionalidade de uma bateria é anulada. Os filmes de poliolefina porosa controlam o vazamento de íons quando uma bateria auxiliar é ideal (autodescarga).

A camada microporosa não permite a condutividade elétrica, atuando sempre como isolante.

A única observação é que a temperatura afeta o desempenho dos separadores. Se a temperatura subir até um certo ponto, os poros bloqueiam e fecham. Portanto, ele interrompe o movimento dos íons de lítio.

Quais materiais tornam os separadores comerciais de bateria?

O material precisa ser um não condutor. E deve ter ótima estabilidade térmica (explicado mais adiante neste artigo).

Os fabricantes usam graus especiais de poliolefinas para produzir baterias de íons de lítio recarregáveis. O material de poliolefina é obtido pela laminação de polietileno e polipropileno juntos.

A poliolefina é uma preferência devido às suas propriedades mecânicas, estabilidade química. As empresas também preferem a poliolefina devido ao seu baixo custo.

A imagem abaixo é um separador de bateria de poliolefina, portanto aplicável em baterias recarregáveis.

Fonte:Plasticstoday.com

Além da poliolefina, outros materiais incluem:

• Cloreto de polivinila
• Camada de revestimento cerâmico de nylon
• Poliéster
• Amianto
• Vidro e
• Tetrafluoretileno.

Processo de fabricação de um separador de bateria

Assim como sua estrutura, o processo de produção de separadores de bateria é simples. O processo é por estiramento ou processamento úmido do material de poliolefina.

O procedimento seco envolve o uso de uma força mecânica para criar os poros. E é adequado para densidades de potência mais altas.

O processo úmido envolve a adição de aditivos ao material do filme de poliolefina. Assim, é um processo químico de criação de poros.

Embora simples, o processo a seco faz com que os poros tenham tamanhos diferentes. O resultado é uma redução na eficácia do separador. O procedimento a seco também enfraquece o separador, minimizando assim sua resistência à punção.

O processo úmido é um pouco mais complicado – e caro também. Felizmente, ele cria os mesmos tamanhos de poros para o separador. O resultado é a melhoria da molhabilidade.

Nota lateral – A molhabilidade é a capacidade do separador de bateria de “molhar” com suas soluções eletrolíticas. Embora o processo úmido seja eficaz, ele não aumenta a retenção de eletrólitos.

Quais são as propriedades de um separador de bateria?

A pergunta ajuda a entender o que faz um bom separador de bateria auxiliar. O separador não é apenas responsável pela eficiência da bateria, mas também pela segurança.

Entendemos melhor ambos os requisitos (eficiência e segurança) examinando suas diferentes propriedades. Então vamos lá.

Bateria de íon de lítio

1. Estabilidade Química

Como você já sabe, um separador de bateria deve ter propriedades de não condutividade. Ou seja, o separador não deve reagir com eletrodos de ânodo ou cátodo.

Além disso, o separador precisa permanecer quimicamente estável. Mais uma vez, isso garante que o separador não reaja com o eletrólito líquido. Essa estabilidade ajuda a bateria a superar a degradação.

2. Espessura e resistência mecânica

O objetivo é desenvolver uma bateria fina sem perder sua resistência mecânica. Em outras palavras, quando um separador de bateria Li-Ion é fino, ele ajuda a aliviar sua potência e densidade de energia.

Com isso em mente, os fabricantes de baterias garantem que a bateria primária tenha resistência à tração suficiente. Ajuda a evitar o alongamento da bateria, especialmente durante o processo de enrolamento.

3. Porosidade e densidade dos poros

A intenção é que o separador tenha uma alta densidade de poros. Isso retém eletrólitos e permite o movimento livre de íons de lítio entre os eletrodos.

A porosidade do separador não deve ser muito grande, nem muito pequena. O tamanho dos poros deve ser largo o suficiente para fechar sempre que a bateria for desligada.

Medimos a porosidade de um separador em porcentagem. A porosidade média é de 40 por cento. E sim, os poros devem ter uma distribuição uniforme.

4. Estabilidade térmica

O separador precisa suportar e suportar uma ampla faixa de temperaturas. Não deve enrolar ou enrugar em temperaturas muito altas. O separador deve desligar em temperaturas inferiores ao ponto de fusão do polímero antes do desvio térmico . Em essência, este é o processo de recozimento.

Desafios (e soluções) com separadores de bateria?

Ok, existem desenvolvimentos constantes para melhorar o desempenho das baterias recarregáveis ​​de Li-ion. Mas, isso é enfrentado com vários desafios.

A maioria desses desafios se deve a necessidades emergentes. Por exemplo, existem necessidades e requisitos para que as baterias suportem altas temperaturas.

Além disso, é necessário que as baterias durem muito tempo sem comprometer suas propriedades celulares.

Alguns dos desafios enfrentados na fabricação de separadores de bateria incluem:

a) A necessidade de produzir separadores mais finos

b) Para aumentar a molhabilidade

c) A intenção de melhorar o desempenho da bateria em altas temperaturas

Deixe-me explicar melhor esses desafios.

A necessidade de desempenho térmico estável se deve à invenção de redes elétricas e carros elétricos. Ambas as invenções exigem baterias resistentes que podem suportar altas temperaturas.

Os fabricantes estão melhorando o desempenho das células usando novos materiais. As estabilidades térmicas são melhores do que a poliolefina.

A necessidade de maior molhabilidade é devido à incompatibilidade da poliolefina. A escolha do polímero não é compatível com materiais eletrolíticos comuns.

Os novos eletrólitos convencionais são característicos de altas constantes dielétricas. O que ajuda a encurtar o processo de fabricação da bateria.

Ao mesmo tempo, a incompatibilidade da poliolefina resulta na distribuição desigual da corrente. O resultado é uma bateria primária que não carrega seu dispositivo elétrico por tempo suficiente.

Finalmente, há sempre uma demanda por baterias mais finas. Como esperado, isso é um desafio. As baterias precisam de eletrodos mais grossos para manter mais carga. No entanto, as empresas estão criando graus especiais de poliolefinas para melhorar o alto peso molecular do Lid.

Há algum desenvolvimento na bateria de íon de lítio?

Os fabricantes queimam o óleo da meia-noite para melhorar o desempenho dos separadores de bateria.

As empresas desenvolvem formas únicas (e possivelmente patenteadas) para melhorar a molhabilidade e a estabilidade térmica. Vamos dar uma olhada em algumas das melhorias até agora.

Bateria de íon de lítio

a) Decorando o Separador com Nanopartículas de Sílica

O processo envolve a fixação de nanopartículas de sílica aos poros e paredes dos poros dos separadores. O resultado esperado é uma melhor molhabilidade em relação ao eletrólito da bateria. O método também aumenta a resistência da bateria ao calor.

Enquanto o material separador aumenta a resistência ao calor, as nanopartículas de sílica aumentam a molhabilidade.

b) Usando o processo de inversão de fase para produzir novos PEIs (polieterimidas)

O processo envolve o uso de PD e BPADA para produzir separadores. É útil porque o separador de bateria agora tem melhores propriedades. Por exemplo, o separador pode lidar com uma ampla gama de condutividades.

Os PEIs também ajudam a minimizar o grau de inchaço da bateria. Assim, resulta em absorção rápida de eletrólitos.

Melhor ainda, o separador de bateria exibe estabilidade térmica de até 220°C.

c) Reticulação induzida por hidrogênio (HHC)

A técnica é uma reticulação covalente de um óxido de polietileno em um separador de PP. O efeito é um aumento na afinidade eletrolítica da poliolefina.

Com essa modificação, as baterias de íons de lítio têm retenção de alta capacidade. As baterias também possuem baixa resistência interna.

Conclusão

Como vimos, um separador de bateria é uma membrana permeável que atua como um isolador. Ele separa o cátodo (eletrodo negativo) do ânodo (eletrodo positivo).

O separador é um material vital porque determina a eficácia da bateria. Com um separador pouco confiável, uma bateria secundária é de qualidade igualmente baixa.

Os fabricantes de baterias estão descobrindo uma nova tecnologia de separadores de baterias para melhorar seu desempenho. Por exemplo, tais baterias secundárias são aplicáveis ​​em PCBs (placas de circuito impresso), disponíveis na WellPCB.