Membrane technology prevents battery drain / La tecnologia a membrana impedisce l'esaurimento della batteria
Engineers from Ohio State University have developed a new type of plastic membrane that prevents power leakage in batteries and enables rapid charging.
The technology, which was inspired by how living cell membranes transport proteins in the body, controls how charge flows inside a battery. Lithium-ion batteries have membrane separators that conduct charge and physically separate the anode and the cathode from each other. But existing batteries lose charge over time, leading to thermal runaway that can cause dangerous fires in consumer electronics and electric vehicles. The researchers say their membrane, when used with a specially designed electronic control unit, can shut down charge transport and prevent thermal runaway.
“Research over the last 50-plus years has focused on advancing the chemistry of battery electrodes to increase capacity,” said Vishnu-Baba Sundaresan, an assistant professor of mechanical and aerospace engineering at Ohio State and leader of the study.
“We’ve done that, but the increase in capacity has come at the cost of robustness and the ability to rapidly charge and discharge batteries. Electric vehicle design is mature enough now that we know the limit they’re reaching is because of the chemistry of lithium-ion batteries.”
The study, published in the journal Energy and Environmental Science, explains how the Ohio team combined an electrically conductive polymer with a polycarbonate filter used for air and water testing. By controlling how they grew the conductive polymer chains on the polycarbonate surface, the researchers found they could control the density of openings in the resulting membrane.When the battery is charging or discharging, the conductive polymer shrinks to open the holes. When the battery isn’t in use, the polymer swells to close the holes.
During testing the membrane allowed the batteries to function normally, but reduced charge loss to zero when the batteries were not in use. According to the researchers, the same technology could prevent power leakage in supercapacitors, which provide high power and rapid recharge capability.
ITALIANO
Gli ingegneri Ohio State University hanno sviluppato un nuovo tipo di membrana plastica che impedisce la fuoriuscita di alimentazione nelle batterie e consente un rapido caricamento.
La tecnologia, che è stato ispirata dal modo in cui le membrane cellulari proteine di trasporto che vivono nel corpo, controlla il modo come la carica scorre all'interno di una batteria. Le batterie al litio hanno separatori di membrana che conducono carica e fisicamente separano l'anodo e il catodo gli uni dagli altri. Ma le batterie esistenti perdono la carica nel corso del tempo, che porta a instabilità termica che può causare incendi pericolosi in elettronica di consumo e veicoli elettrici. I ricercatori dicono che la loro membrana, se utilizzata con una centralina elettronica appositamente progettata, può arrestare il trasporto di carica e prevenire instabilità termica.
"La ricerca nel corso degli ultimi e più di 50 anni si è concentrata sulla promozione della chimica degli elettrodi della batteria per aumentare la capacità", ha detto Vishnu-Baba Sundaresan, un assistente professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la Ohio State e leader dello studio.
"Abbiamo fatto questo, ma l'aumento della capacità è arrivato a costo di robustezza e la capacità di caricare rapidamente le batterie e di scarico. La progettazione dei veicoli elettrici è abbastanza matura, ora che sappiamo che il limite che stanno raggiungendo è a causa della chimica delle batterie agli ioni di litio. "
Lo studio, pubblicato sulla rivista Energy e Environmental Science, spiega come il gruppo di Ohio abbia combinato un polimero elettricamente conduttivo con un filtro in policarbonato utilizzato per la prova in aria e acqua. Controllando come sono cresciute le catene polimeriche conduttive sulla superficie in policarbonato, i ricercatori hanno scoperto che potevano controllare la densità delle aperture nelle risultanti membrane. Quando la batteria è carica o scarica, il polimero conduttivo si restringe per aprire i fori. Quando la batteria non è in uso, il polimero si gonfia per chiudere i fori.
Durante il test la membrana ha permesso alle batterie di funzionare normalmente, ma ha ridotto la perdita di carica a zero quando le batterie non erano in uso. Secondo i ricercatori, la stessa tecnologia potrebbe evitare perdite di potenza nei supercondensatori, che forniscono elevata potenza e capacità di ricarica rapida.
Da:
http://www.theengineer.co.uk/membrane-technology-prevents-battery-drain/?cmpid=tenews_2571623
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