La Universidad de California crea un nuevo diafragma de batería para evitar explosiones por sobrecalentamiento de la batería utilizando redes de nanotubos de carbono

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El nanoingeniero de la Universidad de California en San Diego ha desarrollado una característica segura que impide que las baterías de metal de litio se calienten rápidamente y se disparen cuando sufren un cortocircuito. Liu Ping, profesor de nanoingeniería de la Universidad de San Diego, California, publicó un artículo en la revista "Advanced Materials" en el que presentó su trabajo en detalle. Las baterías de metal de litio tienen un gran potencial de rendimiento, pero es fácil que fallen en su forma actual.

Esto se debe al crecimiento de la estructura de la aguja llamada cristal dendrítico, la dendrítica se forma en el ánodo después de que se carga la batería y el separador se puede perforar y el separador se forma entre el ánodo y el cátodo. Barrera que ralentiza el flujo de energía y calor. Cuando se destruye este obstáculo y los electrones pueden fluir más libremente, producen más calorías y las cosas se saldrán de control, provocando sobrecalentamiento de la batería, falla, incendio e incluso explosión.

Los científicos están tratando de resolver estos problemas en las baterías de metal de litio de diversas maneras, donde el uso de ultrasonidos o capas protectoras especiales son solo algunas posibilidades. El equipo ha limpiado la parte de la batería llamada diafragma. El diafragma es una barrera entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, de modo que cuando la batería está en cortocircuito, la energía acumulada en la batería (es decir, el calor) fluye lentamente.

El primer autor de la tesis sorprendió: "No intentamos prevenir el fallo de la batería. Simplemente hacemos la batería más segura, de modo que cuando falla, no se incendia ni explota. Baterías de metal de litio Después de la carga repetida, el ánodo aparecerá en el ánodo.

Con el tiempo, el crecimiento dendrítico es lo suficientemente largo como para penetrar el diafragma, formando un puente entre el ánodo y el cátodo, provocando cortocircuitos internos. Cuando esto sucede, el flujo de electrones entre los dos electrodos se pierde de control, provocando que la batería se sobrecaliente y deje de funcionar. El equipo de investigación de la Universidad de California en San Diego se siente básicamente aliviado.

Un lado cubre una capa delgada de red de nanotubos de carbono parcialmente conductores de electricidad, que puede interceptar cualquier formación de dendritas. Cuando una pasta dendrítica atraviesa el diafragma y choca con la red de nanotubos de carbono, la electrónica tiene un canal que puede descargarse lentamente, no directamente al cátodo. González comparará el nuevo separador de baterías con la ruta de drenaje de la presa.

Dijo: "Cuando la presa comience a amortiguarse, se abrirá el derrame y se dejará que fluya algo de agua de manera controlada. De esta manera, cuando la presa está realmente en declive, no hay mucha agua que pueda provocar inundaciones. Esta es la idea de nuestro separador, que reduce en gran medida la velocidad de descarga de carga, evitando la "inundación" electrónica al cátodo.

Cuando la dendrítica es interceptada por la capa conductora del separador, la batería comenzará a descargarse, por lo que cuando la batería está corta, no hay suficiente energía para ser peligroso. "Otros trabajos de investigación sobre baterías se centran en bloquear la penetración de las dendritas con un material suficientemente fuerte. Pero González dijo que un problema con este enfoque es que sólo extiende los resultados inevitables.

Estos separadores aún necesitan estar bien, permitiendo que los iones pasen para que la batería funcione. Por lo tanto, cuando finalmente se pase el árbol, el cortocircuito será peor. En la prueba, la batería de metal de litio instalada en el nuevo separador muestra signos de falla gradual en 20 a 30 ciclos.

Al mismo tiempo, la batería y un separador normal (y ligeramente grueso) experimentan fallas repentinas en un ciclo. En una situación real, no tendrás ninguna advertencia previa de que la batería está a punto de fallar. El segundo anterior puede estar bien, pero el siguiente segundo puede incendiarse o provocar un cortocircuito.

"Esto es impredecible", dijo González. "Pero con nuestro separador, se le advertirá con antelación, empeorando, empeorando, empeorando, cada vez más. Aunque el foco de este estudio son las baterías de metal de litio, los investigadores dicen que este separador también se puede utilizar en iones de litio y otras reacciones químicas de las baterías.

El equipo de investigación se comprometerá a optimizar el uso comercial del separador. La Universidad de California en San Diego ha solicitado una patente temporal para el estudio.