کلید حذف انباشته شدن دندریت در آندهای باتری لیتیوم- یونی - با بهرهبرداری از اثر خود-گرمایش درون باتری
باتریهای لیتیوم{0} یون قابل شارژ باتری اصلی مورد استفاده در لوازم الکترونیکی مصرفی هستند و به طور فزایندهای به باتری منتخب برای وسایل نقلیه الکتریکی و برنامههای ذخیرهسازی انرژی شبکه تبدیل میشوند. الکترود مثبت (کاتد) اکسید فلز لیتیوم و الکترود منفی (آند) گرافیت است. اما دانشمندان باتری های لیتیوم فلزی با چگالی انرژی بالاتر را رها نکرده اند و خستگی ناپذیر در تلاش هستند تا راهی برای باتری های لیتیوم فلزی قدرتمندتر پیدا کنند.
Researchers at the Rensselaer Polytechnic Institute have now found a way to use the thermal energy inside the battery to diffuse dendrites into a smooth layer, or as study leader Nikhil Koratkar, a professor in the Department of Materials Science and Engineering, says, dendrites can "Repair in place" through the self-heating effect of the battery, the paper was published in the journal "Science".
باتری اساساً از یک کاتد، یک آند، یک الکترولیت و یک جداکننده تشکیل شده است. جداکننده بین دو الکترود قرار دارد تا از اتصال کوتاه- باتری به دلیل تماس با یکدیگر جلوگیری کند. علاوه بر این، منافذ جداکننده پر شده با الکترولیت، یونها (اتمهای باردار) بین الکترودها جابهجا میشوند. کانال، هرچه الکترولیت بیشتری توسط جداکننده جذب شود، هدایت یونی بالاتری دارد.
هنگامی که باتری تخلیه می شود، یون های لیتیوم با بار مثبت روی آند برای تولید برق به کاتد منتقل می شوند. هنگامی که باتری شارژ می شود، یون های لیتیوم از کاتد به آند برمی گردند و باتری با فلز لیتیوم به عنوان آند در طول فرآیند شارژ و تخلیه مکرر مستعد فلز لیتیوم به عنوان آند است. این تجمعات پیچیده که به صورت ناموزون برای تشکیل دندریتها رسوب میکنند، میتوانند در نهایت به جداکننده نفوذ کرده و به کاتد برسند، سلول را کوتاه کرده و خطر آتشسوزی انفجار را به همراه دارند.
استفاده از گرافیت به عنوان آند، که از مشکل دندریت لیتیوم جلوگیری می کند، بهترین گزینه باتری در حال حاضر است، اما به زودی، ممکن است دیگر نتوانند نیازهای ظرفیت ذخیره سازی را تامین کنند.
To make lithium metal batteries thrive, the researchers' proposed solution is to use the battery's internal resistive heating to eliminate dendrite buildup. Resistive heating (also known as Joule heating) is a process in which a metallic material resists an electric current and thus generates heat. This "self-heating" effect can occur through the process of charging and discharging.
Therefore, the researchers enhanced the self-heating effect by increasing the current density (charge-discharge rate) of the battery, and found that this process can allow the dendrites to diffuse evenly and smoothly to achieve a "healing" effect. The same results were also obtained in the lithium-sulfur battery experiment. Therefore, when the battery is not in use, the "self-healing" effect of the battery can be achieved by charging and discharging at a high rate for several cycles.
تحقیق امیدوارکننده به نظر می رسد. شارژ سوپرشارژ می تواند باتری را جوان کند، از اتصال کوتاه ناشی از دندریت ها جلوگیری کند، و اطمینان حاصل کند که باتری ایمن تر و چگالی انرژی بالایی دارد، اما آیا این کار از پوسیدگی سریع باتری جلوگیری می کند؟ شاید تحقیقات بیشتری توسط تیم مورد نیاز باشد.
