Skystas tirpalas dendritui auginti ličio metalo baterijose

Kalifornijos universiteto Daviso Chemijos inžinerijos katedros docento Wan Jiandi komanda žurnale „Scientific Progress“ paskelbė naują straipsnį, kuriame siūlo galimą dendritinio augimo įkraunamose ličio metalo baterijose sprendimą. Šiame dokumente Wan komanda parodė, kad jonai, tekantys šalia katodo, gali pagerinti naujos kartos įkraunamų baterijų saugumą ir tarnavimo laiką.

Ličio metalo baterijose kaip anodas naudojamas ličio metalas. Šios baterijos turi didelį įkrovimo tankį ir potencialią energiją, kuri dvigubai viršija tradicines ličio jonų baterijas, tačiau sauga kelia didelį susirūpinimą. Kai jie įkraunami, kai kurie jonai katodo paviršiuje redukuojami į metalinį litį ir sudaro netaisyklingas dendritines mikrostruktūras – dendritus, dėl kurių ilgainiui gali įvykti trumpieji jungimai ar net sprogimai.

Teorija teigia, kad konkurencija tarp masės perdavimo greičio ir ličio jonų redukcijos greičio šalia katodo paviršiaus lemia dendritų augimą. Kai jonų redukcijos greitis yra daug greitesnis nei masės pernešimas, šalia katodo susidarys neutralus tarpas, vadinamas erdvės įkrautu sluoksniu, kuriame jonų nėra. Manoma, kad šio sluoksnio nestabilumas lemia dendritų augimą, todėl jį sumažinus arba pašalinus gali sumažėti dendritų augimas ir taip pailgėti baterijos eksploatavimo trukmė.

Wano idėja yra leisti jonams susigrąžinti krūvį ir panaikinti šį tarpą mikroskysčių kanalu per katodą. Straipsnyje komanda apibūdino savo koncepcijos bandymų įrodymus ir nustatė, kad šis jonų srautas gali sumažinti dendrito augimą iki 99%.

Wanui šis tyrimas yra įdomus, nes jis parodo mikrofluidinių programų veiksmingumą sprendžiant problemas, susijusias su baterijomis, ir atveria kelią būsimiems šios srities tyrimams.

„Per šiuos pagrindinius tyrimus ir mikrofluidinius metodus galime kiekybiškai suprasti srauto poveikį dendritų augimui“, - sakė jis. "Dar nedaug grupių atliko tyrimus šiuo klausimu."

Nors mažai tikėtina, kad mikrofluidika bus tiesiogiai integruota į tikrą bateriją, Wan komanda ieško alternatyvių metodų, kaip pritaikyti pagrindinius šio tyrimo principus, įvedant vietinį srautą šalia katodo paviršiaus, kad kompensuotų katijonus ir pašalintų erdvės krūvio sluoksnį.

Jis sakė: „Džiaugiamės galėdami ištirti naujus šio tyrimo pritaikymus“. "Mes pradėjome projektuoti katodinius paviršius, kad įvestume konvekciją."