Toray Industries a dezvoltat o membrană polimerică conducătoare de ioni care oferă o conductivitate ionică de 10 ori mai mare decât predecesorii. Această nouă ofertă ar putea accelera instalarea bateriilor cu stare solidă, a bateriilor de aer și a altor baterii cu litiu-metal, extinzând foarte mult intervalele de croazieră ale vehiculelor electrice, dronelor industriale, sistemelor de mobilitate aeriană urbană și altor moduri de transport.
Tranziția către mobilitatea electrică crește cererea pentru baterii litiu-ion care oferă densități de energie mai mari. Prin urmare, sunt în curs de desfășurare eforturi pentru a dezvolta baterii litiu-metal ai căror anozi permit cea mai mare capacitate teoretică de energie.
Provocarea metalului litiu este reactivitatea sa ridicată la suprafață și problemele de stabilitate asociate cu morfologia de dizolvare și precipitare în timpul ciclurilor de încărcare și descărcare. Un dezavantaj notabil este creșterea dendritelor de litiu, care poate provoca scurtcircuite. Anozii metalici de litiu din bateriile care folosesc electroliți solizi prezintă obstacole similare și nu au văzut încă aplicații practice.
Toray a dezvoltat membrane polimerice care oferă conductivitate ionică prin conducție de salt. Acest mecanism permite ionilor de litiu să treacă între site-urile care interacționează în membranele polimerice, sărind efectiv peste site-uri. Membranele rămân neporoase. Această descoperire a valorificat expertiza companiei în tehnologia de proiectare moleculară, în special cu polimerii aramidici, pe care i-a rafinat de-a lungul multor ani.
O aramidă (poliamidă aromatică) este un polimer de înaltă performanță care oferă rezistență la căldură și rigiditate superbe. Toray este singura companie din lume care comercializează aramide, prin brandul său de film mictron. O aplicație obișnuită sunt benzile de stocare a datelor, care profită de rigiditatea remarcabilă a filmelor produse în serie. O altă utilizare este ca material de circuit pentru peliculele subțiri, deoarece rezistența sa la căldură ocupă locul doi după cea a poliimidei.
Toray estimează că îmbunătățirea structurii site-ului de sărituri și proiectarea unui nou polimer cu mai multe locuri de săritură a furnizat cea mai mare conductivitate ionică în intervalul 10 -4 S/cm pentru o peliculă polimerică conductoare de sărituri.
Un loc de salt se referă la atomi sau grupări atomice specifice din lanțurile polimerice care servesc drept punct de tranzit pentru ca ionii de litiu să sufere conducție de salt într-o membrană polimerică.
Toray a confirmat că filmul de polimer funcționează eficient ca o peliculă de protecție pe suprafețele cu litiu metalic pentru a depăși problemele menționate mai devreme și ar trebui să prelungească durata de viață a bateriilor care utilizează anozi din litiu metalic.
Cercetarea în comun cu profesorul Nobuyuki Imanishi de la Școala Absolventă de Inginerie de la Universitatea Mie a verificat pentru prima dată realizarea a 100 de cicluri de încărcare-descărcare într-o baterie litiu-aer cu două componente care folosește această membrană polimerică ca separator.
Toray va accelera cercetarea pentru a stabili tehnologia de implementare pe baterii cu stare solidă, aer și alte baterii avansate.
O parte a lucrărilor de dezvoltare pentru noua membrană a fost printr-un proiect finanțat de Organizația pentru Dezvoltarea Tehnologiei Noii Energii și Industriale (NEDO).
