Klíč k eliminaci nahromadění dendritu v anodách lithium-iontových baterií - využití samoohřívacího efektu uvnitř baterie
Dobíjecí lithium-iontové baterie jsou hlavní baterií používanou ve spotřební elektronice a stále více se stávají baterií volby pro elektrická vozidla a aplikace pro skladování energie v síti. Kladná elektroda (katoda) je oxid lithný a záporná elektroda (anoda) je grafit. Vědci se však nevzdali lithiových kovových baterií s vyšší hustotou energie a neúnavně se snaží najít cestu ven pro výkonnější lithiové kovové baterie.
Výzkumníci z Rensselaer Polytechnic Institute nyní našli způsob, jak využít tepelnou energii uvnitř baterie k rozptýlení dendritů do hladké vrstvy, nebo jak říká vedoucí studie Nikhil Koratkar, profesor na katedře materiálových věd a inženýrství, dendrity mohou "opravit na místě" prostřednictvím samozahřívacího účinku baterie, článek byl publikován v časopise "Science".
Baterie se v podstatě skládá z katody, anody, elektrolytu a separátoru. Separátor je umístěn mezi dvěma elektrodami, aby se zabránilo zkratu baterie v důsledku vzájemného kontaktu. Kromě toho jsou póry separátoru naplněného elektrolytem ionty (nabité atomy) kyvadlové mezi elektrodami. čím více elektrolytů absorbuje separátor, tím vyšší je iontová vodivost.
Když je baterie vybitá, kladně nabité lithiové ionty na anodě se přenesou na katodu, aby se vyrobila elektřina; když je baterie nabitá, lithiové ionty proudí z katody zpět do anody a baterie s lithiovým kovem jako anodou je náchylná k lithiovému kovu jako anodě během procesu opakovaného nabíjení a vybíjení. Nerovnoměrně uložené za vzniku dendritů, tyto složité nahromadění může nakonec proniknout do separátoru a dosáhnout katody, zkratovat buňku a představovat riziko výbuchu požáru.
Použití grafitu jako anody, která zabraňuje problému s dendritem lithným, je nejlepší volbou baterie právě teď, ale brzy již nemusí být schopni držet krok s potřebami skladovací kapacity.
Aby lithiové kovové baterie prospívaly, navrhuje vědci navrhované řešení použití vnitřního odporového ohřevu baterie k eliminaci nahromadění dendritu. Odporové zahřívání (také známé jako Jouleovo ohřev) je proces, při kterém kovový materiál odolává elektrickému proudu a vytváří tak teplo. Tento "samozahřívací" efekt může nastat prostřednictvím procesu nabíjení a vybíjení.
Proto vědci zvýšili samozahřívací efekt zvýšením proudové hustoty (rychlost nabíjení a vybíjení) baterie a zjistili, že tento proces může umožnit, aby se dendrity rovnoměrně a hladce rozptýlily, aby se dosáhlo "hojivého" účinku. Stejné výsledky byly také získány v experimentu s lithium-sírovou baterií. Proto, když se baterie nepoužívá, lze "samoregeneračního" účinku baterie dosáhnout nabíjením a vybíjením vysokou rychlostí po dobu několika cyklů.
Výzkum zní slibně. Přeplňované nabíjení může omladit baterii, zabránit zkratům způsobeným dendrity a zajistit, aby byla baterie bezpečnější a měla vysokou hustotu energie, ale zabraňuje to rychlému rozpadu baterie? Možná tým vyžaduje další výzkum .
