Kako produžiti vijek trajanja litijskih baterija i poboljšati njihovu sigurnost?
Uz kontinuirani rast digitalnog pametnog uređaja i tržišta električnih vozila, litij-metalne baterije mogu se reći kao jedna od obećavajućih tehnologija za skladištenje energije visoke gustoće. LED proizvođači uličnih svjetiljki su izvor hladnog svjetla u čvrstom stanju, koji ima karakteristike zaštite okoliša, bez zagađenja, niske potrošnje energije, visoke svjetlosne učinkovitosti i dugog vijeka trajanja. Stoga će LED ulične svjetiljke postati dobar izbor za energetski štedljivu transformaciju cestovne rasvjete. LED ulično svjetlo je vrsta visokoučinkovitog izvora svjetlosti čvrstog stanja koji se formira poluvodičkim PN spojem koji može emitirati svjetlost slabom električnom energijom. Pod određenim prednjim pristranim naponom i strujom ubrizgavanja, rupe ubrizgane u P zonu i elektroni ubrizgani u N zonu su u Nakon što se rasprše u aktivno područje, fotoni se emitiraju kroz rekombinaciju zračenja, koja izravno pretvara električnu energiju u svjetlosnu energiju. Međutim, jedna od glavnih prepreka tehnologiji litij-metalnih baterija je pojava nekontroliranih litijevih dendrita, što rezultira lošim mogućnostima punjenja i potencijalnim sigurnosnim opasnostima. LED ulično svjetlo je vrsta visokoučinkovitog izvora svjetlosti čvrstog stanja koji se formira poluvodičkim PN spojem koji može emitirati svjetlost slabom električnom energijom. Pod određenim prednjim pristranim naponom i strujom ubrizgavanja, rupe ubrizgane u P zonu i elektroni ubrizgani u N zonu su u Nakon što se rasprše u aktivno područje, fotoni se emitiraju kroz rekombinaciju zračenja, koja izravno pretvara električnu energiju u svjetlosnu energiju.
Litij dendriti su iglice koje rastu na površini litij-metala kada se litij koristi kao negativna ili anoda baterije. Može uzrokovati štetne nuspojave, smanjiti gustoću energije, pa čak i uzrokovati kratki spoj elektroda, uzrokujući požar ili eksploziju.
Nova studija s Državnog sveučilišta Arizona otkrila je da uporaba trodimenzionalnog polidimetilsiloksana (PDMS) sloja kao matričnog materijala za anodu litij metala u bateriji može učinkovito spriječiti stvaranje litij dendrita. Produljite trajanje baterije i smanjite sigurnosne opasnosti. Istraživanje je objavljeno u novom top časopisu NatureEnergy 6. ožujka.
Vodeća istraživačica rada, profesorica Jiang Hanqing, rekla je da ovo otkriće ima važne implikacije za litij-ionske baterije, litij-zračne baterije i druge metalne anodne baterije. Budući da će gotovo svi metali koji se koriste kao anode za baterije proizvoditi dendrite, kao što su cink, natrij i aluminijske baterije.
Jianghanqing je rekao da on i njegov tim ne pokušavaju riješiti problem iz perspektive materijala ili elektrokemije, već iz perspektive inženjera strojarstva. Rekao je: "Poznata istraživanja pokazuju da sitne limene igle ili limeni brkovi (slični dendritima) strše s površine limenog metala pod stresom. Stoga smo analogijom proučili razloge rasta litij dendrita. - Stres. "Mogućnost"
U prvom krugu istraživanja istraživači su dodali sloj fleksibilnog PDMS-a na dno anode baterije i otkrili da je rast litij dendrita značajno smanjen. Analiza istraživača pokazuje da se nakupljeni stres u metalnoj litijskoj elektrodi oslobađa PDMS matricom u obliku deformacije bora, a ovaj trend smanjenja dendrita izravno je povezan s oslobađanjem od stresa.
"Ovo je prvi eksperiment koji dokazuje da preostali stres igra ključnu ulogu u stvaranju litij dendrita", rekla je Jiang Hanqing.
Osim proučavanja mehanizma rasta litij dendrita, tim Jiang Hanqinga također je dodatno proučavao kako koristiti ovaj fenomen (oslobađanje od stresa kako bi se smanjio rast dendrita) kako bi se produžio vijek trajanja litij-metalnih baterija uz održavanje veće gustoće energije.
Metoda koju su predložili istraživači je da se pdms matrica pretvori u trodimenzionalnu strukturu s više zakrivljenih površina. "Koristeći kocku šećera s velikim brojem malih pora kao predložak, PDM-ovi ulaze u pore unutar kocke šećera kako bi formirali kontinuiranu mrežnu bazu, a zatim tanjur tankog sloja bakra za provođenje elektrona. Ove pore su ispunjene metalnim litijem. Jianghanqing je objasnio: "Kao porozni sloj spužve, pdms može učinkovito smanjiti pritisak i spriječiti rast dendrita."
