La clau per eliminar l'acumulació de dendrites als ànodes de la bateria d'ions de liti-- aprofitant l'efecte d'auto-escalfament dins de la bateria
Les bateries recarregables d'ions de liti-són la principal bateria que s'utilitza en l'electrònica de consum, i cada cop s'estan convertint en la bateria preferida per a vehicles elèctrics i aplicacions d'emmagatzematge d'energia a la xarxa. L'elèctrode positiu (càtode) és òxid de metall de liti, i l'elèctrode negatiu (ànode) és grafit. Però els científics no han renunciat a les bateries de metall de liti amb una densitat d'energia més alta i estan intentant incansablement trobar una sortida per a bateries de metall de liti més potents.
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".
La bateria es compon bàsicament d'un càtode, un ànode, un electròlit i un separador. El separador es troba entre els dos elèctrodes per evitar que la bateria es faci curt-a causa del contacte entre elles. A més, els porus del separador plens d'electròlit són ions (àtoms carregats) llançadora entre els elèctrodes. canal, com més electròlit absorbeixi el separador, més alta serà la conductivitat iònica.
Quan la bateria es descarrega, els ions de liti carregats positivament de l'ànode es transfereixen al càtode per generar electricitat; quan es carrega la bateria, els ions de liti flueixen des del càtode cap a l'ànode, i la bateria amb metall de liti com a ànode és propensa al metall de liti com a ànode durant el procés de càrrega i descàrrega repetida. Dipositades de manera desigual per formar dendrites, aquestes acumulacions complicades poden eventualment penetrar al separador i arribar al càtode, curtint la cèl·lula i suposant un risc d'explosió.
L'ús de grafit com a ànode, que evita el problema de la dendrita de liti, és la millor opció de bateria ara mateix, però aviat és possible que ja no puguin mantenir-se al dia amb les necessitats de capacitat d'emmagatzematge.
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.
La investigació sembla prometedora. La càrrega sobrealimentada pot rejovenir la bateria, evitar curtcircuits causats per les dendrites i garantir que la bateria sigui més segura i tingui una alta densitat d'energia, però això evita que la bateria es decai ràpidament? Potser l'equip requereix més investigacions.
