p (Phys.org) —Um dos maiores problemas que assolam a alta energia, baterias de metal de lítio são dendritos, que se formam quando parte do lítio do eletrodo começa a se ramificar para fora do eletrodo e para dentro do eletrólito, causando curto-circuitos. Para controlar o crescimento de dendritos, pesquisadores usam separadores de membrana para tentar conter o lítio, mas até agora nenhum material separador se mostrou ideal:separadores de cerâmica são quebradiços e formam rachaduras, separadores de polímero são mecanicamente fracos, e separadores de nanofibras eficazes até agora têm sido muito difíceis de fabricar. p Agora em um novo estudo publicado em Nano Letras , Xiaoming Hao et al. pode ter encontrado um material separador que parece ter todas as propriedades corretas para realizar uma bateria à prova de dendritos. Os pesquisadores montaram membranas de nanofibras ultrafesas feitas de um tipo de microfibra de polímero chamado Zylon (ou PBO). Como o Zylon é leve e ainda mais forte do que o Kevlar, tem sido usado em várias aplicações de alta tecnologia, incluindo os rovers marcianos da NASA, protótipos de elevador espacial, e equipamentos esportivos como snowboards e raquetes de tênis.

p Aqui, os pesquisadores mostraram que, quando as microfibras Zylon são esfoliadas em nanofibras e, em seguida, lançadas em membranas finas, a combinação de força, resistência elétrica, e a alta tolerância ao calor os torna separadores de membrana excepcionalmente bons para prevenir o crescimento de dendritos em baterias de lítio.

p "O maior significado deste trabalho é que membranas nanoporosas ultra fortes a partir de nanofibras de Zylon esfoliadas são desenvolvidas, "co-autor Jian Zhu da Northwestern University em Evanston, Illinois, contado Phys.org . "Essas membranas podem servir como separadores de bateria de alto desempenho para suprimir dendritos de lítio e tolerar condições extremas, como alta temperatura. "

p Quando comparado a um dos separadores de bateria de última geração atuais, Celgard 2400, a nova membrana de nanofibras apresenta vantagens em várias áreas. Após 230 horas de bateria com o Celgard 2400, a superfície do eletrodo parece musgosa com crescimento de lítio dendrítico, enquanto a superfície do eletrodo com a nova membrana de nanofibra permanece lisa mesmo após 700 horas. Esta proibição de formação de dendritos resulta em vantagens de desempenho, incluindo maior estabilidade a longo prazo e maior eficiência. As novas membranas de nanofibras também são mais tolerantes ao calor, então, enquanto o Celgard 2400 começa a derreter em cerca de 125 ° causando falha da bateria, baterias com as novas membranas continuam a operar até 185 °, o ponto em que o eletrólito se decompõe.

p No futuro, os pesquisadores planejam explorar estratégias para produção em massa de baixo custo de membranas de nanofibras em escala industrial.

p “Existem várias direções para esta área no futuro, "Zhu disse." Uma das prioridades é que estamos procurando métodos alternativos de síntese com menor custo e mais ecologicamente corretos para a preparação de nanofibras de Zylon (PBO). Nosso objetivo é tornar essas membranas baratas o suficiente para serem mais atraentes para os parceiros industriais. Outra direção é a aplicação dessas membranas em outros sistemas de bateria que podem envolver a formação de dendritos. "

p Esses sistemas incluem baterias baseadas em enxofre, sódio, ou alumínio, bem como supercapacitores. Devido às suas propriedades excepcionais, as nanofibras também podem ser usadas para reforçar a resistência dos hidrogéis, aerogéis, e vários materiais compostos. p © 2016 Phys.org