Ключът към елиминирането на натрупването на дендрити в анодите на литиево-йонни батерии -, използвайки само-ефекта на самонагряване вътре в батерията
Акумулаторните литиево{0}}йонни батерии са основната батерия, използвана в потребителската електроника, и все повече се превръщат в предпочитана батерия за електрически превозни средства и приложения за съхранение на енергия в мрежата. Положителният електрод (катод) е литиев метален оксид, а отрицателният електрод (анод) е графит. Но учените не са се отказали от литиево-металните батерии с по-висока енергийна плътност и неуморно се опитват да намерят изход за по-мощни литиево-метални батерии.
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".
Батерията се състои основно от катод, анод, електролит и сепаратор. Сепараторът е разположен между двата електрода, за да предотврати късо{0}}съединяване на батерията поради контакт един с друг. В допълнение, порите на сепаратора, пълни с електролит, са йони (заредени атоми) совалка между електродите. канал, колкото повече електролит се абсорбира от сепаратора, толкова по-висока е йонната проводимост.
Когато батерията се разреди, положително заредените литиеви йони на анода се прехвърлят към катода за генериране на електричество; когато батерията е заредена, литиевите йони се движат от катода обратно към анода, а батерията с литиев метал като анод е склонна към литиевия метал като анод по време на многократния процес на зареждане и разреждане. Неравномерно отложени, за да образуват дендрити, тези сложни натрупвания могат в крайна сметка да проникнат в сепаратора и да достигнат до катода, закъснявайки клетката и създавайки риск от пожар от експлозия.
Използването на графит като анод, което избягва проблема с литиевия дендрит, е най-добрият вариант на батерията в момента, но скоро те може вече да не са в състояние да се справят с нуждите от капацитет за съхранение.
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.
Изследването звучи обещаващо. Зареждането със свръхзареждане може да подмлади батерията, да предотврати къси съединения, причинени от дендрити, и да гарантира, че батерията е по-безопасна и има висока енергийна плътност, но това предотвратява ли бързото разпадане на батерията? Може би екипът изисква допълнителни изследвания.
