Separatoare de baterii-Știm cu toții despre baterii. De asemenea, ne obișnuim cu modul în care funcționează. Bateriile se asigură că electronica noastră portabilă (telefoane, laptopuri etc.) sunt în sarcină completă. Dar, cei mai mulți dintre noi nu înțelegem cum funcționează o baterie. Ar fi de ajutor dacă nu vă faceți griji. Acest articol simplifică și explică tot ce trebuie să știți despre separatoarele de baterii.
Să one scufundăm.
Ce este exact un separator de baterii?
Structura bateriei cu litiu-ion
Un separator de baterii este o membrană permeabilă între anodul său și catod. Cei doi sunt electrozii bateriei.
Separatorul ține ambii electrozi pentru a evita un scurtcircuit electric. Anodul este electrodul pozitiv, iar catodul este electrodul negativ.
De asemenea, separatorul este o componentă critică. Acționează ca un pasaj de electroni către și de la catod sau anod. Separatorul de baterii trebuie să fie poros pentru a permite transportul ionilor de litiu.
Performanța și eficiența bateriilor cu ioni de litiu se bazează pe proprietățile și structura separatoarelor.
Separatoare de baterii-Care este funcția unui separator de baterii?
Funcția unui separator de baterii este de a garanta siguranța prin evitarea scurtcircuitului.
Dar asta nu este tot.
Rolul principal al unui separator de baterii este de a permite mișcarea în siguranță a ionilor. Aceasta este ceea ce face ca bateria să vă încarce dispozitivul electronic.
Mișcarea electronilor de la anod la catod se întâmplă atunci când bateria se încarcă. Iar când electronii se deplasează invers, de la catod la anod, bateria se descarcă.
Separatoare de baterii-Care este structura unui separator de baterii?
Structura este de aproximativ trei secțiuni – catodul, anodul și un separator poros. Simplu, nu?
Să ne uităm la imaginea de mai jos.
Structura celulelor AA
Mișcarea electronilor provine fie de la anod sau electrozi catodi. Catodul este electrodul negativ, în timp ce anodul este electrodul pozitiv, în funcție de încărcarea bateriei sau de descărcarea rolurilor.
Separatorul este poros pentru a permite mișcarea electronilor. Pentru eficiență, separatorul constă de obicei din membrane polimerice care formează straturi micro-poroase.
Deși porii nu sunt vizibili pentru ochiul uman, ei permit mișcarea ionilor de litiu.
Fără separator, funcționalitatea unei baterii este nulă. Filmele porolefine poroase controlează scurgerea de ioni atunci când o baterie auxiliară este ideală (auto-descărcare).
Stratul microporos nu permite conductivitatea electrică, acționând întotdeauna ca un izolator.
Singura notă este că temperatura afectează performanța separatorilor. Dacă temperatura crește până la un anumit punct, porii se blochează și se opresc. Prin urmare, oprește mișcarea ionilor de litiu.
Ce materiale fac separatoare comerciale pentru baterii?
Materialul trebuie să fie un non-conductor. Și ar trebui să aibă o mare stabilitate termică (explicată mai târziu în acest articol).
Producătorii folosesc grade speciale de poliolefină pentru a produce baterii cu ioni de litiu reîncărcabil. Materialul de poliolefină apare prin laminarea polietilenului și polipropilenului împreună.
Piolefina este o preferință datorită proprietăților sale mecanice, stabilității chimice. De asemenea, companiile preferă poliolefina datorită costurilor reduse.
Imaginea de mai jos este un separator de baterii poliolefine, astfel aplicabil în bateriile reîncărcabile.
Sursă: PlasticStoday.com
În afară de poliolefină, alte materiale includ:
Clorura de polivinil
Strat de acoperire ceramică din nylon
Poliester
Azbest
Sticlă și
Tetrafluoroetilen.
Proces de fabricație pentru un separator de baterii
Ca și structura sa, procesul de producere a separatoarelor de baterii este simplu. Procesul este prin întinderea sau prelucrarea umedă a materialului poliolefin.
Procedura uscată implică utilizarea unei forțe mecanice pentru a crea porii. Și este potrivit pentru densități de putere mai mari.
Procesul umed implică adăugarea de aditivi la materialul de peliculă poliolefină. Astfel, este un proces chimic de creare a porii.
Deși simplu, procesul uscat face ca porii să aibă dimensiuni diferite. Rezultatul este o reducere a eficacității separatorului. Procedura uscată slăbește, de asemenea, separatorul, reducând astfel rezistența la puncție.
Procesul umed este puțin mai complicat – și scump. Din fericire, creează aceleași dimensiuni ale porilor pentru separator. Rezultatul este îmbunătățirea umezibilității.
Notă laterală – Wettability este capacitatea separatorului de baterii de a „umezi” cu soluțiile sale electrolitice. Deși procesul umed este eficient, nu crește retenția electrolitului.
Separatoare de baterii-Care sunt proprietățile unui separator de baterii?
Întrebarea ajută la înțelegerea a ceea ce face un bun separator de baterii auxiliare. Separatorul nu este responsabil doar pentru eficiența bateriei, ci și pentru siguranță.
Înțelegem cel mai bine ambele cerințe (eficiență și siguranță) examinând proprietățile lor diferite. Deci, să mergem.
Baterie cu litiu-ion
1. Separatoare de baterii-Stabilitatea chimică
După cum știți deja, un separator de baterii ar trebui să aibă proprietăți de non-conductivitate. Adică, separatorul nu ar trebui să reacționeze nici cu electrozi anodi, nici cu catod.
De asemenea, separatorul trebuie să rămână stabil din punct de vedere chimic. Încă o dată, acest lucru se asigură că separatorul nu reacționează cu electrolitul lichid. O astfel de stabilitate ajută bateria să depășească degradarea.
2. Separatoare de baterii-Grosime și rezistență mecanică
Scopul este de a dezvolta o baterie subțire fără a -și pierde rezistența mecanică. Cu alte cuvinte, atunci când un separator de baterii Li-ion este subțire, acesta ajută la ușurarea puterii și a densității energiei sale.
Având în vedere acest lucru, producătorii de baterii asigură că bateria primară are o rezistență la tracțiune suficientă. Ajută la prevenirea întinderii bateriei, în special în timpul unui proces de înfășurare.
3. Porozitate și densitate a porilor
Intenția este ca separatorul să aibă o densitate ridicată a porilor. Aceasta deține electroliți și permite mișcarea liberă a ionilor de litiu între electrozi.
Porozitatea separatorului nu ar trebui să fie prea mare, nici prea mică. Mărimea porilor ar trebui să fie suficient de largă pentru a se închide ori de câte ori bateria se oprește.
Măsurăm porozitatea unui separator în procent. Porozitatea medie este de 40 la sută. Și da, porii ar trebui să aibă o distribuție uniformă.
4. Separatoare de baterii-Stabilitate termică
Separatorul trebuie să îndure și să reziste la o gamă largă de temperaturi. Nu ar trebui să se onduleze sau să pucker la temperaturi foarte ridicate. Separatorul trebuie să se oprească la temperaturi mai mici decât punctul de topire al polimerului înainte de fuga termică. În esență, acesta este procesul de recoacere.
Provocări (și soluții) cu separatoare de baterii?
Bine, există evoluții constante pentru a îmbunătăți performanța bateriilor Li-ion reîncărcabile. Dar, acest lucru a fost întâmpinat cu câteva provocări.
Majoritatea acestor provocări se datorează nevoilor emergente. De exemplu, există nevoi și cerințe pentru baterii pentru a rezista la temperaturi ridicate.
De asemenea, este nevoie ca bateriile să dureze mult, fără a -și compromite proprietățile celulare.
Unele dintre provocările cu care se confruntă fabricarea separatoarelor de baterii includ:
a) Nevoia de a produce separatoare mai subțiri
b) pentru a crește umectabilitatea
c) intenția de a îmbunătăți performanța bateriei la temperaturi ridicate
Permiteți -mi să explic aceste provocări în continuare.
Ca urmare a invenției rețelei electrice și a vehiculelor electrice, a existat o nevoie de performanță termică stabilă. Ambele invenții au nevoie de baterii grele, care pot rezista la temperaturi ridicate.
Producătorii îmbunătățesc performanța bateriilor prin utilizarea de noi materiale. Stabilitatea termică este superioară poliolefinelor.
Necesitatea unei mai bune umectabilități se datorează incompatibilității poliolefinelor. Alegerea polimerilor este incompatibilă cu materialele electrolitice obișnuite.
Noii electroliți convenționali au o constantă dielectrică ridicată. Acest lucru ajută la scurtarea procesului de fabricare a celulelor.
În același timp, incompatibilitatea poliolefinelor duce la o distribuție neuniformă a curentului. Rezultatul este că bateria principală nu vă poate încărca dispozitivele electronice pentru o perioadă suficient de lungă de timp.
În cele din urmă, există o cerere permanentă pentru baterii mai subțiri. Nu este de mirare că acest lucru reprezintă o provocare. Bateriile au nevoie de electrozi mai groși pentru a stoca mai multă energie. Cu toate acestea, companiile dezvoltă tipuri speciale de poliolefine pentru a crește greutatea moleculară ridicată a Lid.
Există evoluții în ceea ce privește bateriile litiu-ion?
Pentru a îmbunătăți performanța separatoarelor de baterii, producătorii nu se tem să conducă noaptea.
Companiile au dezvoltat metode unice (și, eventual, brevetate) pentru a îmbunătăți umectabilitatea și stabilitatea termică. Să aruncăm o privire la unele dintre îmbunătățirile aduse până acum.
Battery lithium-ion
a) Decorarea separatorului cu nanoparticule de siliciu
Procesul implică atașarea nanoparticulelor de siliciu la porii și pereții porilor separatorului. Rezultatul așteptat este o mai bună umectabilitate a electrolitului bateriei. Metoda îmbunătățește, de asemenea, rezistența la căldură a bateriei.
Pe măsură ce materialul separator îmbunătățește rezistența la căldură, nanoparticulele de siliciu sporesc capacitatea de umezire.
b) Producerea de noi polieterimide (PEI) utilizând un proces de conversie de fază
Procesul include producția de separatoare folosind PD și BPADA. Acest lucru este util deoarece separatoarele de baterii au acum proprietăți mai bune. De exemplu, separatoarele pot gestiona o gamă largă de conductivitate.
PEI ajută, de asemenea, la reducerea gradului de umflare a bateriei. Ca urmare, aceasta duce la o absorbție rapidă a electrolitului.
Și mai bine, separatorul bateriei este stabil din punct de vedere termic până la 220°C.
c) Reticularea indusă de hidrogen (HHC)
Tehnologia implică reticulația covalentă a oxizilor de polietilenă la un separator PP. Efectul este acela de a crește afinitatea electrolitică a poliolefinei.
Cu această modificare, bateriile litiu-ion au o capacitate mare de păstrare a capacității. Rezistența internă a acestor baterii este, de asemenea, scăzută.
Conclusion
După cum am văzut, separatorul bateriei este o membrană permeabilă care acționează ca o barieră. Acesta separă catodul (electrodul negativ) de anod (electrodul pozitiv).
Diafragma este un material esențial, deoarece determină eficiența celulei. Diafragmele pentru bateriile secundare au o fiabilitate scăzută și o calitate slabă.
Producătorii de baterii explorează noi tehnologii de membrane pentru baterii pentru a le îmbunătăți performanța. De exemplu, astfel de celule secundare sunt potrivite pentru plăci de circuit imprimat (PCB) și sunt disponibile în WellPCB.
