Niet-poreuze separatoren van Toray Industries zouden de capaciteit van li-ion-batterijen kunnen vergroten en de veiligheid van de batterijen in draagbare elektronische apparaten en elektrische voertuigen kunnen verbeteren, meldde Electronics Weekly.

Terwijl de markt voor lithiumbatterijen blijft groeien, is er behoefte aan een hogere capaciteit en energiedichtheid. Lithium-metaalanodebatterijen, met hun hoge theoretische capaciteit en lage redoxpotentiaal, krijgen nu meer aandacht. “Deze anode wordt echter nog niet praktisch toegepast, omdat er tijdens het opladen lithiumdendrieten ontstaan op lithium-metaaloppervlakken, die separatoren doorboren en kortsluitingen veroorzaken die de veiligheid verminderen. Lithiumdendrieten vormen zich langs de poriën van microporeuze films. Het elimineren van de poriën van de separator kan deze groei tegenhouden, maar het nadeel is een sterk verminderde doorlaatbaarheid voor lithiumionen. Het is essentieel om dendrietvorming te onderdrukken terwijl de ionische geleidbaarheid behouden blijft,” aldus EW.

Een hogere hittebestendigheid en thermische stabiliteit van separatoren is nodig, omdat batterijen met een lithium-metaalanode een grotere capaciteit hebben en hogere veiligheidseisen stellen. Toray heeft deze uitdaging aangepakt door gebruik te maken van moleculaire ontwerptechnologie voor aramidepolymeren  met hoge hittebestendigheid, die het bedrijf al jarenlang gebruikt om de afstand tussen moleculaire ketens en de affiniteit met lithiumionen te regelen.

Door een sterk ionengeleidend polymeer met uitstekende hittebestendigheid te gebruiken, ontdekte Toray dat het de vorming van dendrieten in lithium-metaalanodebatterijen kon onderdrukken en de ionische geleidbaarheid kon behouden met “dit polymeer als een niet-poreuze separator die bestaat uit een poriëvrije laag op een microporeuze separator”.

De separator onderdrukt kortsluitingen die worden veroorzaakt door dendrieten en behoudt meer dan 80% van zijn capaciteit na 100 laad-/ontlaadcycli. Er is nog steeds onderzoek nodig naar ultrahoge capaciteit en veiligheid voor de lithium-ion-batterijen van de toekomst, maar de vraag naar batterijen drijft die ontwikkeling vooruit.