Separador (electricidad)
Un separador es una membrana permeable que se coloca entre el ánodo y el cátodo de una batería . La función principal de un separador es mantener los dos electrodos separados para evitar cortocircuitos eléctricos y al mismo tiempo permitir el transporte de portadores de carga iónica necesarios para cerrar el circuito durante el paso de la corriente en una celda electroquímica . [1]
Los separadores son componentes críticos en las baterías de electrolitos líquidos. Un separador generalmente consta de una membrana polimérica que forma una capa microporosa. Debe ser química y electroquímicamente estable con respecto al electrolito y los materiales de los electrodos y lo suficientemente fuerte mecánicamente para soportar la alta tensión durante la construcción de la batería. Son importantes para las baterías porque su estructura y propiedades afectan considerablemente el rendimiento de la batería, incluida la energía de las baterías y la densidad de potencia, el ciclo de vida y la seguridad. [2]
A diferencia de muchas formas de tecnología, los separadores de polímeros no se desarrollaron específicamente para baterías. En cambio, eran productos derivados de tecnologías existentes, razón por la cual la mayoría no está optimizada para los sistemas en los que se utilizan. Aunque esto pueda parecer desfavorable, la mayoría de los separadores de polímeros se pueden producir en masa a bajo costo, porque se basan en formas existentes de tecnologías. [3] Yoshino y sus compañeros de trabajo en Asahi Kasei los desarrollaron por primera vez para un prototipo de baterías secundarias de iones de litio (LIB) en 1983.
Inicialmente, se utilizó óxido de litio y cobalto como cátodo y poliacetileno como ánodo. Más tarde, en 1985, se descubrió que el uso de óxido de cobalto de litio como cátodo y grafito como ánodo producía una batería secundaria excelente con estabilidad mejorada, empleando la teoría de la frontera electrónica de Kenichi Fukui. [4] Esto permitió el desarrollo de dispositivos portátiles, como teléfonos celulares y computadoras portátiles. Sin embargo, antes de que las baterías de iones de litio pudieran producirse en masa, era necesario abordar los problemas de seguridad, como el sobrecalentamiento y el potencial excesivo. Una clave para garantizar la seguridad era el separador entre el cátodo y el ánodo. Yoshino desarrolló un polietileno microporososeparador de membrana con función “fusible”. [5] En el caso de una generación anormal de calor dentro de la celda de la batería, el separador proporciona un mecanismo de apagado. Los microporos se cierran fundiéndose y el flujo iónico termina. En 2004, Denton y sus coautores propusieron por primera vez un nuevo separador de polímeros electroactivos con la función de protección contra sobrecargas. [6] Este tipo de separador cambia de forma reversible entre los estados aislante y conductor. Los cambios en el potencial de carga impulsan el interruptor. Más recientemente, los separadores proporcionan principalmente transporte de carga y separación de electrodos.
Los materiales incluyen fibras no tejidas ( algodón , nailon , poliésteres , vidrio ), películas de polímero ( polietileno , polipropileno , poli ( tetrafluoroetileno ), cloruro de polivinilo ), cerámica [7] y sustancias naturales ( caucho , asbesto , madera ). Algunos separadores emplean materiales poliméricos con poros de menos de 20 Å, generalmente demasiado pequeños para las baterías. Para la fabricación se utilizan procesos tanto secos como húmedos. [8] [9]
Las membranas líquidas soportadas consisten en una fase sólida y líquida contenidas dentro de un separador microporoso.
