Ključ za eliminaciju nakupljanja dendrita u litij-ionskim anodama baterija - iskorištavanjem efekta samozagrijavanja-unutar baterije
Punjive litij{0}}ionske baterije glavna su baterija koja se koristi u potrošačkoj elektronici i sve više postaju izbor baterije za električna vozila i aplikacije za pohranu energije u mreži. Pozitivna elektroda (katoda) je litij metalni oksid, a negativna elektroda (anoda) je grafit. No znanstvenici nisu odustali od litij metalnih baterija veće gustoće energije, te neumorno pokušavaju pronaći izlaz za snažnije litij metalne baterije.
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".
Baterija se u osnovi sastoji od katode, anode, elektrolita i separatora. Razdjelnik se nalazi između dvije elektrode kako bi spriječio kratki spoj-baterije zbog međusobnog kontakta. Osim toga, pore separatora ispunjene elektrolitom su ioni (nabijeni atomi) koji se kreću između elektroda. kanala, što više elektrolita apsorbira separator, to je veća ionska vodljivost.
Kada se baterija isprazni, pozitivno nabijeni litijevi ioni na anodi se prenose na katodu kako bi proizveli električnu energiju; kada se baterija napuni, litijevi ioni teku s katode natrag na anodu, a baterija s metalnim litijem kao anodom sklona je metalnom litiju kao anodi tijekom ponovljenog procesa punjenja i pražnjenja. Neravnomjerno taložene u dendrite, ove nezgodne nakupine mogu na kraju prodrijeti u separator i doći do katode, stvarajući kratki spoj u ćeliji i predstavljajući opasnost od eksplozije.
Korištenje grafita kao anode, čime se izbjegava problem litij dendrita, trenutno je najbolja opcija za baterije, ali uskoro više neće moći pratiti potrebe za kapacitetom za pohranu.
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.
Istraživanje zvuči obećavajuće. Prekomjerno punjenje može pomladiti bateriju, spriječiti kratke spojeve uzrokovane dendritima i osigurati da je baterija sigurnija i da ima visoku gustoću energije, ali sprječava li to da baterija brzo propada? Možda je timu potrebna daljnja istraživanja.
