Separatore (batteria)

Un separatore in elementi elettrochimici come celle elettrolitiche e galvaniche ha il compito di catodo e anodo , cioè Ciò significa che gli elettrodi negativo e positivo nelle celle dell'accumulatore e gli elementi primari devono essere separati spazialmente ed elettricamente . Il separatore deve, tuttavia, essere permeabile agli ioni che convertono l'energia chimica immagazzinata in energia elettrica. I principali materiali utilizzati sono plastiche microporose e non tessuti in fibra di vetro o polietilene .

Compito e struttura

Separatore di polimeri (in giallo) in una batteria

Il separatore funge da barriera che isola elettricamente i due elettrodi l'uno dall'altro per evitare cortocircuiti interni . Allo stesso tempo, tuttavia, il separatore deve essere permeabile agli ioni in modo che le reazioni elettrochimiche possano aver luogo nella cella.

Un separatore deve essere sottile in modo che la resistenza interna sia la più bassa possibile e si possa ottenere un'alta densità di impaccamento. Questo è l'unico modo per ottenere dati di buone prestazioni e capacità elevate . Altre importanti funzioni del separatore sono l' assorbimento dell'elettrolita e la garanzia dello scambio di gas in celle chiuse. Mentre prima i.a. Sono stati utilizzati tessuti e carta, oggigiorno vengono utilizzati principalmente materiali a pori molto fini come non tessuti e membrane.

Una semplice costruzione fatta di barre di plastica stampate a iniezione può anche fungere da separatore se l'unico scopo è mantenere gli elettrodi a una certa distanza.

La tasca tubolare è una forma speciale del separatore . Questo è costituito da due strati di tessuto o tessuto non tessuto che vengono prima impregnati con una resina, quindi cuciti insieme e modellati in una specifica forma di tubo. Questi tubi sono riempiti con materiale attivo e vengono quindi utilizzati come elettrodi nelle batterie al piombo .

Separatori diversi devono essere utilizzati anche per diversi sistemi chimici. La loro composizione dipende dall'elettrolita a cui sono esposti nel corso della loro vita di servizio . Un altro criterio per la scelta di un separatore è il prezzo. I separatori, che devono essere stabili per molti cicli di carica e scarica o per diversi anni, sono realizzati con materiali di qualità superiore rispetto a quelli utilizzati nelle celle primarie di breve durata .

Separatori per elementi ricaricabili o secondari

Batterie al piombo
Qui sono richiesti materiali in grado di resistere a condizioni fortemente acide e ossidative. Qui è possibile utilizzare separatori estrusi o sinterizzati in polietilene, PVC sinterizzato o materassini in microfibra di vetro (AGM).
Batterie al nichel-cadmio
Qui, nell'ambiente fortemente alcalino della soluzione di idrossido di potassio , vengono utilizzati principalmente separatori costituiti da combinazioni di poliammide e polietilene o polipropilene . Al giorno d'oggi, i non tessuti sono usati quasi esclusivamente qui. I polimeri idrofobici possono essere resi idrofili mediante fluorurazione o agenti bagnanti in modo che assorbano avidamente l' elettrolita .
Accumulatori all'idruro di nichel metallo
I requisiti qui sono gli stessi delle batterie al nichel-cadmio, solo che requisiti aggiuntivi sono posti sul separatore della batteria. Questo perché deve essere in grado di ridurre l'autoscarica . Ciò si ottiene funzionalizzando la superficie non tessuta mediante trattamento chimico. Tale può essere un trattamento superficiale con acido acrilico o solfonazione .
Batterie al litio
Le membrane microporose vengono qui utilizzate per consentire il passaggio degli ioni. Si tratta principalmente di film polimerici che possono anche essere costituiti da più strati. Poiché questi fogli hanno proprietà elettrochimiche molto buone, ma solo una resistenza a bassa temperatura (circa 120 ° C), vengono utilizzati anche separatori ceramici microporosi resistenti al calore. Le loro proprietà meccaniche (suscettibilità alla rottura), tuttavia, limitano fortemente le possibilità di applicazione ad applicazioni esclusivamente stazionarie.
Dal 2009 circa lavoriamo su materiali basati su un tessuto non tessuto molto fine rivestito di ceramica. Ciò consente di ottenere un elevato livello di sicurezza grazie alla flessibilità e alla resistenza alla temperatura, soprattutto per l'uso nelle batterie di trazione per auto elettriche e veicoli ibridi . Un nuovo sviluppo proviene dal Gruppo Evonik ed è utilizzato dalla società sassone Li-Tec . Il film ceramico Separion sviluppato come separatore è resistente alla temperatura fino a circa 700 ° C ed è progettato per prevenire in modo affidabile la fuga termica esplosiva .

Separatori per celle non ricaricabili o primarie

Celle al litio da batterie al litio
Vengono utilizzati film microporosi o non tessuti.
Celle alcaline di manganese
In pile alcaline al manganese principalmente tessuti non tessuti sono (inglese nontessuti ) sono usati come separatori. Questi di solito sono costituiti da una miscela di microfibre di alcol polivinilico (PVA) e cellulosa . Occasionalmente vengono utilizzati anche laminati realizzati con non tessuti e membrane , come il cellophane . Requisiti speciali per il materiale separatore nelle batterie alcalino-manganese sono una buona bagnabilità e un'elevata capacità di assorbimento della soluzione elettrolitica alcalina . Il diametro dei pori deve essere piccolo, le cosiddette crescite del separatore da zinco - dendriti che il cortocircuito interno porta ad evitare. Anche un prezzo basso del materiale è importante.
Elementi zinco-carbonio
Con questo tipo di batteria, la carta viene utilizzata principalmente come separatore.

Ulteriori casi d'uso

Le batterie esposte a temperature elevate richiedono materiali più resistenti alla temperatura, ad es. B. polimeri resistenti alla temperatura o, in singoli casi, amianto .

Per informazioni sui separatori nelle celle a combustibile, vedere qui.

letteratura

  • Peter Kritzer, John Anthony Cook: non tessuti come separatori per batterie alcaline . In: Journal of The Electrochemical Society . nastro 154 , n. 5 , 2007, pag. A481-A494 , doi : 10.1149 / 1.2711064 .

Prove individuali

  1. ↑ H. Wallentowitz, K. Reif: Manuale di elettronica automobilistica: fondamenti, componenti, sistemi, applicazioni. Springer, 2006, ISBN 9783528039714 , p. 256
  2. ↑ Carsten Herz: Daimler ed Evonik promuovono l'alleanza della batteria. Articolo su Handelsblatt dell'11 agosto 2010.
  3. ↑ MembranGuide: Separion è il nuovo separatore ceramico per batterie agli ioni di litio , accesso 13 giugno 2012

link internet

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