(Phys.org)—Afin d'éviter les courts-circuits dans les batteries, des membranes de séparation poreuses sont souvent placées entre les électrodes d'une batterie. Il y a généralement un compromis à faire, puisque ces séparateurs doivent simultanément empêcher le courant de fuite entre les électrodes tout en permettant aux ions de traverser les canaux poreux pour générer du courant. Classiquement, ces membranes sont en matériaux synthétiques, tels que les polymères.

Dans une nouvelle étude publiée dans Lettres nano , des chercheurs de l'Institut national des sciences et technologies d'Ulsan (UNIST) en Corée du Sud ont conçu un nanomat de cellulose, ou "c-mat, " Membrane séparatrice qui contient une fine couche de cellulose végétale nanoporeuse au-dessus d'une épaisse couche de polymère macroporeux.

En ajustant finement les épaisseurs des deux couches, les chercheurs ont pu concevoir une membrane séparatrice qui équilibre délicatement le compromis entre la prévention du courant de fuite et la prise en charge du transport rapide des ions.

Avec ses pores minuscules, la couche de cellulose nanoporeuse empêche le courant de fuite entre les électrodes, éviter les courts-circuits. D'autre part, les canaux poreux de la couche de polymère macroporeux sont trop grands pour empêcher le courant de fuite entre les électrodes, mais leur grande taille leur permet de fonctionner comme des « autoroutes ioniques » pour transporter rapidement des charges.

Le nouveau séparateur présente un autre avantage majeur :à haute température (60 °C), les batteries avec les nouvelles membranes séparatrices ont une rétention de capacité de 80% après 100 cycles, alors que les batteries avec des séparateurs polymères commerciaux typiques ne conservent que 5% de leur capacité initiale après 100 cycles à la même température.

Les chercheurs expliquent que la grande perte de capacité des batteries commerciales à haute température est due à des réactions secondaires indésirables entre les sels de lithium et l'eau, qui produit des sous-produits nocifs tels que les ions manganèse. La couche nanoporeuse à base de cellulose des nouvelles membranes séparatrices a une capacité de chélation du manganèse, de sorte qu'il se lie aux ions manganèse et les empêche de participer aux réactions qui provoquent la perte de capacité. En outre, la couche de polymère macroporeux capte les réactifs acides qui produisent les ions manganèse, résultant en moins de ces ions en premier lieu.

"Nous démontrons dans ce travail que le séparateur c-mat à base de cellulose chimiquement actif peut atténuer les effets indésirables induits par les ions manganèse, " co-auteur Sang-Young Lee, Professeur à l'École de génie énergétique et chimique de l'UNIST, Raconté Phys.org . "Cela permet une amélioration remarquable des performances de cyclage à haute température bien au-delà de ce qui est atteignable avec les technologies membranaires conventionnelles."

À l'avenir, les chercheurs prévoient de modifier les séparateurs pour une utilisation potentielle dans les batteries rechargeables de prochaine génération telles que le sodium-ion, lithium-soufre, et des batteries métal-ion.

« Le séparateur c-mat devrait être utilisé pour les batteries hautes performances de nouvelle génération avec une stabilité à haute température, par exemple, dans les batteries de grande taille pour les véhicules électriques et les systèmes de stockage d'électricité à l'échelle du réseau, " dit Lee.

En plus de son utilisation comme membrane séparatrice de batterie, le séparateur c-mat a également des applications potentielles dans les membranes pour les systèmes de dessalement, ainsi que pour les capteurs écologiques pour les ions de métaux lourds.

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