Jak przedłużyć żywotność baterii litowych i poprawić ich bezpieczeństwo?
Wraz z ciągłym rozwojem rynku inteligentnych urządzeń cyfrowych i pojazdów elektrycznych, baterie litowo-metalowe można uznać za jedną z obiecujących technologii magazynowania energii o wysokiej gęstości. Producenci lamp ulicznych LED to półprzewodnikowe źródło zimnego światła, które charakteryzuje się ochroną środowiska, brakiem zanieczyszczeń, niskim zużyciem energii, wysoką wydajnością świetlną i długą żywotnością. Dlatego lampy uliczne LED staną się dobrym wyborem do energooszczędnej transformacji oświetlenia drogowego. Oświetlenie uliczne LED to rodzaj wysokowydajnego półprzewodnikowego źródła światła utworzonego przez półprzewodnikowe złącze PN, które może emitować światło o słabej energii elektrycznej. Pod pewnym napięciem polaryzacji przewodzenia i prądem wstrzykiwania dziury wprowadzone do strefy P i elektrony wprowadzone do strefy N są w stanie Po dyfuzji do obszaru aktywnego fotony są emitowane przez rekombinację promieniowania, która bezpośrednio przekształca energię elektryczną w energię świetlną . Jednak jedną z głównych przeszkód w technologii akumulatorów litowo-metalowych jest pojawienie się niekontrolowanych dendrytów litu, co powoduje słabe możliwości ładowania i potencjalne zagrożenia bezpieczeństwa. Oświetlenie uliczne LED to rodzaj wysokowydajnego półprzewodnikowego źródła światła utworzonego przez półprzewodnikowe złącze PN, które może emitować światło o słabej energii elektrycznej. Pod pewnym napięciem polaryzacji przewodzenia i prądem wstrzykiwania dziury wprowadzone do strefy P i elektrony wprowadzone do strefy N są w stanie Po dyfuzji do obszaru aktywnego fotony są emitowane przez rekombinację promieniowania, która bezpośrednio przekształca energię elektryczną w energię świetlną .
Dendryty litu to igły, które rosną na powierzchni litu metalicznego, gdy lit jest używany jako ujemna lub anoda baterii. Może powodować szkodliwe reakcje uboczne, zmniejszać gęstość energii, a nawet powodować zwarcie elektrod, powodując pożar lub wybuch.
Nowe badanie przeprowadzone przez Arizona State University wykazało, że zastosowanie trójwymiarowej warstwy polidimetylosiloksanu (PDMS) jako materiału matrycy dla anody litowo-metalowej w akumulatorze może skutecznie hamować tworzenie się dendrytów litu. Wydłuż żywotność baterii i zmniejsz zagrożenia bezpieczeństwa. Wyniki badań opublikowano w nowym topowym czasopiśmie NatureEnergy 6 marca.
Główny badacz artykułu, profesor Jiang Hanqing, powiedział, że odkrycie to ma ważne implikacje dla akumulatorów litowo-jonowych, akumulatorów litowo-powietrznych i innych akumulatorów z anodą metalową. Ponieważ prawie wszystkie metale używane jako anody baterii wytwarzają dendryty, takie jak baterie cynkowe, sodowe i aluminiowe.
Jianghanqing powiedział, że on i jego zespół nie starają się rozwiązać problemu z perspektywy materiałów czy elektrochemii, ale z perspektywy inżynierów mechaników. Powiedział:&„Znane badania pokazują, że maleńkie cynowe igły lub cynowe wąsy (podobne do dendrytów) wystają z powierzchni cyny pod wpływem naprężeń. Dlatego przez analogię zbadaliśmy przyczyny wzrostu dendrytów litu. -Naprężenie."Możliwość"
W pierwszej rundzie badań naukowcy dodali warstwę elastycznego PDMS do dolnej części anody akumulatora i odkryli, że wzrost dendrytów litu został znacznie zmniejszony. Analiza badacza' pokazuje, że naprężenie nagromadzone w metalowej elektrodzie litowej jest uwalniane przez matrycę PDMS w postaci deformacji zmarszczek, a ten trend redukcji dendrytów jest bezpośrednio związany z uwalnianiem naprężeń.
& quot;Jest to pierwszy eksperyment, który dowodzi, że naprężenie szczątkowe odgrywa kluczową rolę w tworzeniu się dendrytów litu," powiedział Jiang Hanqing.
Oprócz badania mechanizmu wzrostu dendrytów litu, zespół Jiang Hanqing' zbadał również, jak wykorzystać to zjawisko (uwalnianie naprężeń w celu zmniejszenia wzrostu dendrytów) do przedłużenia żywotności baterii litowo-metalowych przy jednoczesnym utrzymaniu wyższej energii gęstość.
Zaproponowana przez naukowców metoda polega na przekształceniu macierzy pdms w trójwymiarową strukturę o wielu zakrzywionych powierzchniach."Używając kostki cukru z dużą liczbą małych porów jako szablonu, pdms wchodzą w pory wewnątrz kostki cukru, tworząc ciągłą podstawę sieciową, a następnie pokrywają cienką warstwą miedzi, aby przewodziły elektrony. Pory te są wypełnione metalicznym litem. Jianghanqing wyjaśnił:"Jako porowata warstwa gąbki, pdms mogą skutecznie zmniejszać ciśnienie i hamować wzrost dendrytów.&cyt;
