چگونه می توان عمر باتری های لیتیومی را افزایش داد و ایمنی آنها را افزایش داد؟
با رشد مداوم بازار دستگاه های دیجیتالی هوشمند و خودروهای برقی ، می توان گفت که باتری های لیتیوم فلزی یکی از فناوری های امیدوار کننده ذخیره انرژی با چگالی بالا هستند. تولیدکنندگان چراغ خیابانی LED یک منبع نور سرد حالت جامد هستند که دارای ویژگی های حفاظت از محیط زیست ، بدون آلودگی ، مصرف برق کم ، راندمان بالای نور و عمر طولانی است. بنابراین ، چراغ های خیابانی LED گزینه مناسبی برای تغییر صرفه جویی در انرژی روشنایی جاده ها خواهند بود. چراغ خیابانی LED نوعی منبع نور حالت جامد با کارایی بالا است که از محل اتصال نیمه رسانا PN تشکیل شده است و می تواند با انرژی الکتریکی ضعیف نور ساطع کند. تحت ولتاژ سوگیری رو به جلو و جریان تزریق ، سوراخهای تزریق شده به ناحیه P و الکترونهای تزریق شده در ناحیه N در آن قرار دارند پس از پخش شدن در ناحیه فعال ، فوتونها از طریق نوترکیبی تابشی ساطع می شوند ، که مستقیماً انرژی الکتریکی را به انرژی نوری تبدیل می کند. به با این حال ، یکی از موانع اصلی در تکنولوژی باتری لیتیوم ، ظهور دندریت های لیتیوم غیرقابل کنترل است که منجر به قابلیت شارژ ضعیف و خطرات احتمالی ایمنی می شود. چراغ خیابانی LED نوعی منبع نور حالت جامد با کارایی بالا است که از محل اتصال نیمه رسانا PN تشکیل شده است و می تواند با انرژی الکتریکی ضعیف نور ساطع کند. تحت ولتاژ سوگیری رو به جلو و جریان تزریق ، سوراخهای تزریق شده به ناحیه P و الکترونهای تزریق شده در ناحیه N در آن قرار دارند پس از پخش شدن در ناحیه فعال ، فوتونها از طریق نوترکیبی تابشی ساطع می شوند ، که مستقیماً انرژی الکتریکی را به انرژی نوری تبدیل می کند. به
دندریت های لیتیوم سوزن هایی هستند که هنگام استفاده از لیتیوم به عنوان منفی یا آند باتری در سطح فلز لیتیوم رشد می کنند. این می تواند واکنشهای جانبی مضر ایجاد کند ، چگالی انرژی را کاهش دهد و حتی باعث اتصال کوتاه الکترودها شود و باعث آتش سوزی یا انفجار شود.
یک مطالعه جدید از دانشگاه ایالتی آریزونا نشان داد که استفاده از لایه سه بعدی پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) به عنوان ماده ماتریس برای آند فلزی لیتیوم در باتری می تواند به طور موثری از تشکیل دندریت های لیتیوم جلوگیری کند. عمر باتری را افزایش دهید و خطرات ایمنی را کاهش دهید. این تحقیقات در مجله جدید NatureEnergy در 6 مارس منتشر شد.
پروفسور جیانگ هانکینگ ، محقق ارشد مقاله ، گفت که این کشف پیامدهای مهمی برای باتری های لیتیوم یونی ، باتری های لیتیوم هوا و دیگر باتری های آند فلزی دارد. زیرا تقریباً تمام فلزات مورد استفاده به عنوان آند باتری ، دندریت هایی مانند باتری های روی ، سدیم و آلومینیوم تولید می کنند.
جیانقانگ گفت که او و تیمش در تلاش برای حل مشکل از منظر مواد یا الکتروشیمی نیستند ، بلکه از دید مهندسان مکانیک هستند. وی گفت:"؛ تحقیقات مشهور نشان می دهد که سوزن های کوچک قلع یا سبیل قلع (مشابه دندریت ها) تحت فشار از سطح فلز قلع بیرون می زند. بنابراین ، ما دلایل رشد دندریت های لیتیوم را به صورت قیاس مطالعه کرده ایم. -فشار."؛ امکان"؛
در اولین دور تحقیقات ، محققان یک لایه PDMS انعطاف پذیر را به پایین آند باتری اضافه کردند و دریافتند که رشد دندریت های لیتیوم به میزان قابل توجهی کاهش یافته است. تجزیه و تحلیل محقق' نشان می دهد که تنش انباشته شده در الکترود لیتیوم فلزی توسط ماتریس PDMS به شکل تغییر شکل چین و چروک آزاد می شود و این روند کاهش دندریت به طور مستقیم با انتشار تنش ارتباط دارد.
& quot؛ این اولین آزمایش است که ثابت می کند تنش باقی مانده نقش کلیدی در تشکیل دندریت های لیتیوم دارد ،"؛ گفت جیانگ هانکینگ.
تیم جیانگ هانکینگ [39] علاوه بر مطالعه مکانیسم رشد دندریت های لیتیوم ، نحوه استفاده از این پدیده (کاهش استرس برای کاهش رشد دندریت) را برای افزایش طول عمر باتری های لیتیوم فلزی در عین حفظ انرژی بیشتر مطالعه کرد. چگالی
روش پیشنهادی محققان این است که ماتریس pdms را به یک ساختار سه بعدی با سطوح خمیده متعدد تبدیل کنیم."؛ با استفاده از یک حبه قند با تعداد زیادی منافذ کوچک به عنوان یک الگو ، pdms وارد منافذ داخل حبه قند می شوند تا یک پایه شبکه پیوسته را تشکیل دهند و سپس یک لایه نازک از مس را برای هدایت الکترون ها قرار می دهند. این منافذ با لیتیوم فلزی پر شده است. Jianghanqing توضیح داد:"؛ به عنوان لایه اسفنجی متخلخل ، pdms می تواند به طور موثر فشار را کاهش داده و مانع از رشد دندریت ها شود."؛
