Introducción a los Separadores de Baterías
En el mundo de la tecnología de baterías, un componente esencial es el separador. Este elemento actúa como una membrana permeable entre el ánodo y el cátodo de la batería. Su función principal es mantener separados estos dos electrodos para evitar cortocircuitos eléctricos, a la vez que permite el transporte de portadores de carga iónica necesarios para completar el circuito durante el paso de corriente en una célula electroquímica.
Tipos de Separadores y sus Materiales
Los separadores disponibles comercialmente en células de electrolito líquido suelen estar hechos de materiales poliolefínicos microporosos, como polietileno (PE) o polipropileno (PP). En el caso de las baterías de iones de litio, es crucial que los separadores sean electroquímicamente y químicamente estables en relación con el electrolito y los materiales del electrodo.
Además, se están desarrollando separadores funcionales que utilizan membranas recubiertas con MOF (estructuras organometálicas) para desempeñar las funciones duales del electrolito y separador. Esto apoya el diseño de baterías de Li-metal de alto rendimiento para sistemas de alta energía en vehículos eléctricos y aeronaves eléctricas.
Componentes de las Baterías
Las baterías se componen de una amplia gama de materiales, resultando en diferentes capacidades y comportamientos en la funcionalidad de la batería. Los más comunes son plomo, níquel, zinc y litio, cada uno con diferentes salidas y específicos para diferentes propósitos según los requisitos.
Se han producido muchos tipos de células electroquímicas con procesos químicos y diseños variados, incluyendo células galvánicas, células electrolíticas, células de combustible, células de flujo y pilas voltaicas.
Células Húmedas y Secas
Una batería de célula húmeda tiene un electrolito líquido, conocido también como célula inundada o ventilada. Las células secas, por otro lado, utilizan un electrolito en pasta con solo suficiente humedad para permitir el flujo de corriente. A diferencia de las células húmedas, las células secas pueden operar en cualquier orientación sin derrames, ya que no contienen líquido libre, lo que las hace adecuadas para equipos portátiles.
Composición Química y Material de las Baterías
La composición química y material de las baterías determina su tamaño, formato y rendimiento general. Por lo tanto, cada batería tiene una composición diferente, pero la mayoría de ellas tienen algunos componentes comunes, aunque su composición material puede variar.
- Cátodo: Es el electrodo positivo o de oxidación que adquiere electrones del circuito externo y se reduce durante la reacción electroquímica. En las baterías de litio, los materiales del cátodo se construyen generalmente a partir de LiCoO2 o LiMn2O4.
- Ánodo: Es el electrodo negativo o de reducción que libera electrones al circuito externo y se oxida durante la reacción electroquímica. Uno de los materiales de ánodo más comunes utilizados hoy en día es el grafito litiano, LixC6.
- Electrolito: Es un medio que contiene iones que son conductores eléctricos a través del movimiento de esos iones pero no conductores de electrones.
Colectores de Corriente en Baterías
Los colectores de corriente son responsables de transferir el flujo de electrones de los electrodos a un circuito externo. Deben poseer alta conductividad eléctrica para reducir la resistencia de la célula, así como estabilidad química en contacto con el electrolito líquido.
Conclusión
Los separadores de baterías desempeñan un papel crucial en el rendimiento y la seguridad de las baterías. Su evolución y mejora continúan siendo un área de investigación importante para el desarrollo de tecnologías de baterías más eficientes y seguras, especialmente en aplicaciones de alta energía como los vehículos eléctricos y las aeronaves eléctricas.
