המפתח לביטול הצטברות דנדריטים באנודות סוללת ליתיום- - תוך ניצול אפקט החימום העצמי- בתוך הסוללה
סוללות ליתיום- נטענות הן הסוללה העיקרית המשמשת במוצרי אלקטרוניקה, והן הופכות יותר ויותר לסוללה המועדפת עבור כלי רכב חשמליים ויישומי אחסון אנרגיה ברשת. האלקטרודה החיובית (קתודה) היא תחמוצת מתכת ליתיום, והאלקטרודה השלילית (אנודה) היא גרפיט. אבל מדענים לא ויתרו על סוללות מתכת ליתיום בעלות צפיפות אנרגיה גבוהה יותר, ומנסים ללא לאות למצוא מוצא לסוללות מתכת ליתיום חזקות יותר.
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".
הסוללה מורכבת בעצם מקתודה, אנודה, אלקטרוליט ומפריד. המפריד ממוקם בין שתי האלקטרודות כדי למנוע מהסוללה לקצר-במעגל עקב מגע זו בזו. בנוסף, הנקבוביות של המפריד המלאות באלקטרוליט הן יונים (אטומים טעונים) המעבירים בין האלקטרודות. תעלה, ככל שהמפריד נספג יותר אלקטרוליט, כך המוליכות היונית גבוהה יותר.
כאשר הסוללה מתרוקנת, יוני הליתיום הטעונים חיובית על האנודה מועברים לקתודה כדי לייצר חשמל; כאשר הסוללה נטענת, יוני הליתיום זורמים מהקתודה חזרה לאנודה, והסוללה עם מתכת ליתיום כאנודה נוטה למתכת הליתיום כאנודה במהלך תהליך הטעינה והפריקה החוזרים ונשנים. הצטברויות מסובכות אלה, שהופקדו בצורה לא אחידה ליצירת דנדריטים, עלולות לחדור בסופו של דבר למפריד ולהגיע לקתודה, לקצר את התא ולהוות סכנת שריפה לפיצוץ.
שימוש בגרפיט כאנודה, המונע את בעיית הליתיום הדנדריט, הוא אפשרות הסוללה הטובה ביותר כרגע, אבל בקרוב, ייתכן שהם לא יוכלו עוד לעמוד בקצב של צרכי קיבולת האחסון.
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.
המחקר נשמע מבטיח. טעינה מוטענת יכולה להצעיר את הסוללה, למנוע קצר חשמליים הנגרמים מדנדריטים ולהבטיח שהסוללה בטוחה יותר ובעלת צפיפות אנרגיה גבוהה, אך האם זה מונע מהסוללה להתפרק במהירות? אולי דרוש מחקר נוסף על ידי הצוות.
