כיצד להאריך את חיי השירות של סוללות ליתיום ולשפר את בטיחותן?

כיצד להאריך את חיי השירות של סוללות ליתיום ולשפר את בטיחותן?

עם הצמיחה המתמשכת של המכשירים החכמים הדיגיטליים ורכב חשמלי, ניתן לומר כי סוללות מתכת ליתיום הן אחת הטכנולוגיות המבטיחות לאחסון אנרגיה בצפיפות גבוהה. יצרני מנורות הרחוב LED הם מקור אור במצב במצב מוצק, בעל המאפיינים של הגנת הסביבה, ללא זיהום, צריכת חשמל נמוכה, יעילות אור גבוהה וחיים ארוכים. לכן, מנורות רחוב LED יהפכו לבחירה טובה לשינוי חסכון באנרגיה של תאורת הכביש. תאורת רחוב LED היא מעין מקור אור במצב מוצק ביעילות גבוהה הנוצר על ידי צומת PN מוליכים למחצה שיכול לפלוט אור באנרגיה חשמלית חלשה. תחת מתח הטיות קדימה וזרם הזרקה מסוים, החורים המוזרקים לאזור P והאלקטרונים המוזרקים לאזור N נמצאים לאחר שהם מופזרים לאזור הפעיל, פוטונים נפלטים באמצעות רקומבינציה של קרינה, הממירה ישירות אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור. . עם זאת, אחד המכשולים העיקריים לטכנולוגיית סוללות ליתיום מתכת הוא הופעתם של דנדריטים ליתיום בלתי נשלטים, וכתוצאה מכך יכולות הטעינה ירודות וסכנות בטיחות אפשריות. תאורת רחוב LED היא מעין מקור אור במצב מוצק ביעילות גבוהה הנוצר על ידי צומת PN מוליכים למחצה שיכול לפלוט אור באנרגיה חשמלית חלשה. תחת מתח הטיות קדימה וזרם הזרקה מסוים, החורים המוזרקים לאזור P והאלקטרונים המוזרקים לאזור N נמצאים לאחר שהם מופזרים לאזור הפעיל, פוטונים נפלטים באמצעות רקומבינציה של קרינה, הממירה ישירות אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור. .

לידיום דנדריטים הם מחטים שצומחות על פני השטח של מתכת ליתיום כאשר ליתיום משמש כשלילי או כאנודה של סוללה. זה יכול לגרום לתגובות לוואי מזיקות, להפחית את צפיפות האנרגיה ואפילו לגרום לקצר של אלקטרודות ולגרום לשריפה או להתפוצצות.

מחקר חדש שנערך באוניברסיטת אריזונה סטייט מצא כי השימוש בשכבת פולימדי-מתילסילוקסאן (PDMS) כחומר המטריצה ​​לאנודת מתכת הליתיום בסוללה יכול לעכב ביעילות את היווצרות ליתיום דנדריטים. הארך את חיי הסוללה וצמצם את סכנות הבטיחות. המחקר פורסם בכתב העת החדש של NatureEnergy ב -6 במרץ.

החוקר הראשי של העיתון, פרופסור ג'יאנג האנגקינג, אמר כי לגילוי זה יש השלכות חשובות על סוללות ליתיום-יון, סוללות ליתיום-אוויר וסוללות אחרות של מתכת אנודה. מכיוון שכמעט כל המתכות המשמשות כאנודות סוללה ייצרו דנדריטים, כגון סוללות אבץ, נתרן ואלומיניום.

ג'יאנגצ'נג אמר כי הוא וצוותו אינם מנסים לפתור את הבעיה מבחינת חומרים או אלקטרוכימיה, אלא מנקודת מבט של מהנדסי מכונות. הוא אמר:" מחקרים ידועים מראים שמחטי פח זעירים או שפם פח (בדומה לדנדריטים) בולטים מעל פני המתכת בפח בלחץ. לכן, למדנו את הסיבות לצמיחה של ליתיום דנדריטים באנלוגיה. -לחץ." אפשרות"

בסיבוב המחקר הראשון, החוקרים הוסיפו שכבה של PDMS גמיש לתחתית האנודה של הסוללה ומצאו כי צמיחת ליתיום דנדריטים פחתה באופן משמעותי. ניתוח החוקר' מראה כי המתח המצטבר באלקטרודת הליתיום המתכתית משתחרר על ידי מטריצת PDMS בצורה של עיוות קמטים, ומגמה זו של הפחתת דנדריט קשורה ישירות לשחרור המתח.

& quot; זהו הניסוי הראשון שהוכיח כי לחץ שיורי ממלא תפקיד מרכזי ביצירת ליתיום דנדריטים," אמר ג'יאנג האנגקינג.

בנוסף ללימוד מנגנון הצמיחה של לינדום דנדריטים, צוות ג'יאנג האנקינג' גם למד כיצד להשתמש בתופעה זו (שחרור מתח להפחתת צמיחת דנדריט) להארכת חיי סוללות מתכת ליתיום תוך שמירה על אנרגיה גבוהה יותר. צְפִיפוּת.

השיטה המוצעת על ידי החוקרים היא להפוך את מטריצת ה- pdms למבנה תלת-ממדי עם משטחים מעוקלים מרובים." באמצעות קוביית סוכר עם מספר רב של נקבוביות קטנות כתבנית, pdms נכנסים לנקבוביות בתוך קוביית הסוכר ליצירת בסיס רשת רציף, ולאחר מכן צלחת שכבה דקה של נחושת להובלת אלקטרונים. נקבוביות אלה מלאות בליתיום מתכתי. ג'יאנגאנגצ'ינג הסביר:" כשכבת ספוג נקבובי, pdms יכול להפחית ביעילות את הלחץ ולעכב את צמיחת הדנדריטים.&ציטוט;