Hogyan lehet meghosszabbítani a lítium akkumulátorok élettartamát és javítani azok biztonságát?
A digitális okoseszközök és az elektromos járművek piacának folyamatos növekedésével a lítium-fém akkumulátorok az egyik ígéretes, nagy sűrűségű energiatárolási technológia. A LED utcai lámpagyártók szilárdtest hideg fényforrások, amelyek a környezetvédelem, a szennyezés, az alacsony energiafogyasztás, a nagy fényhatékonyság és a hosszú élettartam jellemzőivel rendelkeznek. Ezért a LED-es utcai lámpák jó választássá válnak az útvilágítás energiatakarékos átalakításához. A LED-es utcai lámpa egyfajta nagy hatékonyságú szilárdtest fényforrás, amelyet félvezető PN csomópont alkot, amely gyenge elektromos energiával képes fényt bocsát ki. Egy bizonyos előretolt feszültség és injektáló áram alatt a P zónába fecskendezett lyukak és az N zónába fecskendezett elektronok az aktív területre diffúzió után a fotonokat sugárzás rekombinációval bocsátják ki, ami közvetlenül átalakítja az elektromos energiát fényenergiává. A lítium-fém akkumulátor technológia egyik fő akadálya azonban az ellenőrizhetetlen lítium-dendritek megjelenése, ami rossz töltési képességeket és potenciális biztonsági kockázatokat eredményez. A LED-es utcai lámpa egyfajta nagy hatékonyságú szilárdtest fényforrás, amelyet félvezető PN csomópont alkot, amely gyenge elektromos energiával képes fényt bocsát ki. Egy bizonyos előretolt feszültség és injektáló áram alatt a P zónába fecskendezett lyukak és az N zónába fecskendezett elektronok az aktív területre diffúzió után a fotonokat sugárzás rekombinációval bocsátják ki, ami közvetlenül átalakítja az elektromos energiát fényenergiává.
A lítium-dendritek olyan tűk, amelyek a lítium fém felületén nőnek, amikor a lítiumot az akkumulátor negatívjaként vagy anódjaként használják. Káros mellékhatásokat okozhat, csökkentheti az energiasűrűséget, és még az elektródák rövidzárlatát is okozhatja, tüzet vagy robbanást okozva.
Egy új tanulmány arizonai Állami Egyetem megállapította, hogy a háromdimenziós polidimetililoxán (PDMS) réteg, mint a mátrix anyag a lítium-fém anód az akkumulátorban hatékonyan gátolja a lítium-dendritek kialakulását. Hosszabbítsa meg az akkumulátor élettartamát és csökkentse a biztonsági kockázatokat. A kutatás március 6-án jelent meg a NatureEnergy című új folyóiratban.
A tanulmány vezető kutatója, Jiang Hanqing professzor azt mondta, hogy ez a felfedezés fontos hatással van a lítium-ion akkumulátorokra, a lítium-levegő akkumulátorokra és más fém anód akkumulátorokra. Mert szinte minden fém használt akkumulátor anódok fog termelni dendritek, mint például a cink, nátrium és alumínium akkumulátorok.
Jianghanqing azt mondta, hogy ő és csapata nem az anyagok vagy az elektrokémia szemszögéből próbálja megoldani a problémát, hanem a gépészmérnökök szemszögéből. Azt mondta: "Az ismert kutatások azt mutatják, hogy az apró óntűk vagy ón bajuszok (hasonló dendritek) kinyúlnak a felületről ón fém stressz alatt. Ezért analógia útján tanulmányoztuk a lítium-dendritek növekedésének okait. - Stressz. "Lehetőség"
A kutatás első körében a kutatók egy rugalmas PDMS réteget adtak az akkumulátor anódjának aljára, és azt találták, hogy a lítium-dendritek növekedése jelentősen csökkent. A kutató elemzése azt mutatja, hogy a fém lítiumelektródában felhalmozódott stresszt a PDMS mátrix a ráncok deformációja formájában bocsátja ki, és ez a dendritcsökkentési tendencia közvetlenül kapcsolódik a stressz felszabadulásához.
"Ez az első kísérlet annak bizonyítására, hogy a maradék stressz kulcsszerepet játszik a lítium-dendritek kialakulásában", mondta Jiang Hanqing.
A lítium-dendritek növekedési mechanizmusának tanulmányozása mellett Jiang Hanqing csapata azt is tanulmányozta, hogyan lehet ezt a jelenséget (stresszoldás a dendrit növekedésének csökkentésére) használni a lítium-fém akkumulátorok élettartamának meghosszabbítására, miközben nagyobb energiasűrűséget tartanak fenn.
A kutatók által javasolt módszer az, hogy a pdms mátrixot háromdimenziós szerkezetté alakítsák, több ívelt felülettel. "Egy nagy számú kis pórusú kocka sablonként használva a pdm-ek belépnek a cukorkocka belsejébe, hogy folyamatos hálózati bázist képeznek, majd egy vékony rézréteget lemezeljenek az elektronok vezetéséhez. Ezek a pórusok tele vannak fémes lítiummal. Jianghanqing kifejtette: "Porózus szivacsrétegként a PDM-ek hatékonyan csökkenthetik a nyomást és gátolhatják a dendritek növekedését."
