p (Phys.org) - Para evitar curtos-circuitos nas baterias, membranas separadoras porosas são freqüentemente colocadas entre os eletrodos da bateria. Normalmente há uma troca envolvida, uma vez que esses separadores devem impedir simultaneamente o vazamento de corrente entre os eletrodos, permitindo que os íons passem pelos canais porosos para gerar corrente. Convencionalmente, essas membranas são feitas de materiais sintéticos, como polímeros. p Em um novo estudo publicado em Nano Letras , pesquisadores do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan (UNIST), na Coréia do Sul, projetaram um nanomat de celulose, ou "c-mat, "membrana separadora que contém uma fina camada de celulose vegetal nanoporosa sobre uma camada espessa de polímero macroporoso.

p Ajustando com precisão as espessuras das duas camadas, os pesquisadores foram capazes de projetar uma membrana separadora que equilibra delicadamente a compensação entre evitar o vazamento de corrente e suportar o transporte rápido de íons.

p Com seus minúsculos poros, a camada de celulose nanoporosa evita o vazamento de corrente entre os eletrodos, prevenção de curto-circuitos. Por outro lado, os canais porosos da camada de polímero macroporoso são muito grandes para evitar o vazamento de corrente entre os eletrodos, mas seu grande tamanho permite que funcionem como "rodovias iônicas" para transportar cargas rapidamente.

p O novo separador tem outra grande vantagem:em altas temperaturas (60 ° C), baterias com as novas membranas separadoras têm uma retenção de capacidade de 80% após 100 ciclos, enquanto as baterias com separadores de polímeros comerciais típicos mantêm apenas 5% de sua capacidade inicial após 100 ciclos na mesma temperatura.

p Os pesquisadores explicam que a grande perda de capacidade nas baterias comerciais em alta temperatura ocorre devido a reações colaterais indesejadas entre os sais de lítio e a água, que produz subprodutos prejudiciais, como íons de manganês. A camada nanoporosa à base de celulose das novas membranas separadoras tem uma capacidade quelante de manganês, de modo que se liga aos íons de manganês e os impede de participar das reações que causam perda de capacidade. Além disso, a camada de polímero macroporoso captura os reagentes ácidos que produzem os íons de manganês, resultando em menos desses íons em primeiro lugar.

p "Demonstramos neste trabalho que o separador c-mat quimicamente ativo à base de celulose pode mitigar os efeitos adversos induzidos pelo íon manganês, "co-autor Sang-Young Lee, Professor da Escola de Energia e Engenharia Química da UNIST, contado Phys.org . "Isso permite uma melhoria notável no desempenho do ciclo de alta temperatura, muito além do que pode ser alcançado com as tecnologias de membrana convencionais."

p No futuro, os pesquisadores planejam modificar os separadores para uso potencial em baterias recarregáveis ​​de próxima geração, como íon de sódio, enxofre de lítio, e baterias de íons metálicos.

p "Espera-se que o separador c-mat seja usado para baterias de alto desempenho de próxima geração com estabilidade em alta temperatura - por exemplo, em baterias de grande porte para veículos elétricos e sistemas de armazenamento de eletricidade em escala de rede, "Lee disse.

p Além de seu uso como membrana separadora de bateria, o separador c-mat também tem aplicações potenciais em membranas para sistemas de dessalinização, bem como para sensores ecológicos para íons de metais pesados. p © 2016 Phys.org