Kľúčom k eliminácii hromadenia dendritov v lítium-iónových anódach batérie - využívaniu-efektu samozahrievania vo vnútri batérie
Nabíjateľné lítium{0}}iónové batérie sú hlavnou batériou používanou v spotrebnej elektronike a čoraz viac sa stávajú preferovanou batériou pre elektrické vozidlá a aplikácie na ukladanie energie do siete. Kladná elektróda (katóda) je oxid lítneho kovu a záporná elektróda (anóda) je grafit. Vedci ale nezanevreli na lítiové kovové batérie s vyššou hustotou energie a neúnavne sa snažia nájsť východisko pre výkonnejšie lítium-kovové batérie.
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".
Batéria sa v podstate skladá z katódy, anódy, elektrolytu a separátora. Oddeľovač je umiestnený medzi dvoma elektródami, aby sa zabránilo skratu- batérie v dôsledku vzájomného kontaktu. Okrem toho póry separátora naplneného elektrolytom sú ióny (nabité atómy), ktoré sa pohybujú medzi elektródami. kanál, čím viac elektrolytu absorbuje separátor, tým vyššia je iónová vodivosť.
Keď je batéria vybitá, kladne nabité lítiové ióny na anóde sa prenesú na katódu na výrobu elektriny; keď je batéria nabitá, lítiové ióny prúdia z katódy späť na anódu a batéria s kovom lítia ako anódou je náchylná na kov lítia ako anódu počas procesu opakovaného nabíjania a vybíjania. Tieto zložité nánosy, ktoré sú nerovnomerne uložené a tvoria dendrity, môžu nakoniec preniknúť cez separátor a dostať sa ku katóde, skratovať článok a predstavovať riziko výbuchu požiaru.
Použitie grafitu ako anódy, ktorá sa vyhýba problémom s lítiovým dendritom, je momentálne najlepšou možnosťou batérie, ale čoskoro už nemusia byť schopné držať krok s potrebami skladovacej kapacity.
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.
Výskum znie sľubne. Preplňované nabíjanie môže omladiť batériu, zabrániť skratom spôsobeným dendritom a zaistiť, že batéria je bezpečnejšia a má vysokú hustotu energie, ale zabraňuje to rýchlemu vybitiu batérie? Možno si tím vyžiada ďalší výskum.
