مفتاح القضاء على تراكم التغصنات في أنودات بطارية الليثيوم - أيون - باستغلال - تأثير التسخين الذاتي داخل البطارية
بطاريات أيون الليثيوم القابلة لإعادة الشحن - هي البطارية الرئيسية المستخدمة في الإلكترونيات الاستهلاكية ، وأصبحت بشكل متزايد البطارية المفضلة للسيارات الكهربائية وتطبيقات تخزين طاقة الشبكة. القطب الموجب (الكاثود) هو أكسيد فلز الليثيوم ، والقطب السالب (الأنود) هو الجرافيت. لكن العلماء لم يتخلوا عن بطاريات الليثيوم المعدنية ذات كثافة الطاقة العالية ، ويحاولون بلا كلل إيجاد مخرج لبطاريات الليثيوم المعدنية الأكثر قوة.
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".
تتكون البطارية أساسًا من الكاثود والأنود والإلكتروليت والفاصل. يقع الفاصل بين قطبين لمنع البطارية من قصر الدائرة - بسبب ملامستها لبعضها البعض. بالإضافة إلى ذلك ، فإن مسام الفاصل المملوءة بالكهرباء عبارة عن أيونات (ذرات مشحونة) تنقل بين الأقطاب الكهربائية. كلما زاد امتصاص الإلكتروليت بواسطة الفاصل ، زادت الموصلية الأيونية.
عندما يتم تفريغ البطارية ، يتم نقل أيونات الليثيوم موجبة الشحنة الموجودة على القطب الموجب إلى القطب السالب لتوليد الكهرباء ؛ عندما يتم شحن البطارية ، تتدفق أيونات الليثيوم من القطب السالب إلى القطب الموجب ، والبطارية مع معدن الليثيوم حيث أن القطب الموجب يكون عرضة لمعدن الليثيوم باعتباره القطب الموجب أثناء عملية الشحن والتفريغ المتكررة. تترسب بشكل غير متساوٍ لتشكيل التشعبات ، ويمكن لهذه التراكمات الصعبة أن تخترق الفاصل في نهاية المطاف وتصل إلى الكاثود ، مما يؤدي إلى تقصير الخلية والتسبب في خطر نشوب حريق.
يعد استخدام الجرافيت كأنود ، الذي يتجنب مشكلة تغصن الليثيوم ، أفضل خيار للبطارية في الوقت الحالي ، ولكن قريبًا ، قد لا يتمكنون من مواكبة احتياجات سعة التخزين.
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.
يبدو البحث واعدًا. يمكن أن يؤدي الشحن فائق الشحن إلى تجديد طاقة البطارية ، ومنع حدوث دوائر قصر ناتجة عن التشعبات ، والتأكد من أن البطارية أكثر أمانًا وذات كثافة طاقة عالية ، ولكن هل هذا يمنع البطارية من التحلل السريع؟ ربما يطلب الفريق مزيدا من البحث.
