Lityum pillerin hizmet ömrü nasıl uzatılır ve güvenlikleri nasıl artırilir?
Dijital akıllı cihaz ve elektrikli araç pazarının sürekli büyümesiyle lityum metal pillerin gelecek vaat eden yüksek yoğunluklu enerji depolama teknolojilerinden biri olduğu söylenebilir. LED sokak lambası üreticileri, çevre koruma, kirlilik yok, düşük güç tüketimi, yüksek ışık verimliliği ve uzun ömür özelliklerine sahip katı hal soğuk ışık kaynağıdır. Bu nedenle, LED sokak lambaları yol aydınlatmasının enerji tasarrufu dönüşümü için iyi bir seçim haline gelecektir. LED sokak lambası, zayıf elektrik enerjisi ile ışık yayabilen yarı iletken PN kavşağı tarafından oluşturulan bir tür yüksek verimli katı hal ışık kaynağıdır. Belirli bir ileri sapma gerilimi ve enjeksiyon akımı altında, P bölgesine enjekte edilen delikler ve N bölgesine enjekte edilen elektronlar aktif bölgeye yayıldıktan sonra, fotonlar doğrudan elektrik enerjisini ışık enerjisine dönüştüren radyasyon rekombinasyonu yoluyla yayılır. Bununla birlikte, lityum metal pil teknolojisinin önündeki ana engellerden biri, kontrol edilemeyen lityum dendritlerin ortaya çıkmasıdır ve bu da zayıf şarj yeteneklerine ve potansiyel güvenlik tehlikelerine neden olandır. LED sokak lambası, zayıf elektrik enerjisi ile ışık yayabilen yarı iletken PN kavşağı tarafından oluşturulan bir tür yüksek verimli katı hal ışık kaynağıdır. Belirli bir ileri sapma gerilimi ve enjeksiyon akımı altında, P bölgesine enjekte edilen delikler ve N bölgesine enjekte edilen elektronlar aktif bölgeye yayıldıktan sonra, fotonlar doğrudan elektrik enerjisini ışık enerjisine dönüştüren radyasyon rekombinasyonu yoluyla yayılır.
Lityum dendritler, lityum bir pilin negatif veya anot olarak kullanıldığında lityum metalin yüzeyinde yetişen iğnelerdir. Zararlı yan reaksiyonlara neden olabilir, enerji yoğunluğunu azaltabilir ve hatta kısa elektrot devresine neden olarak yangına veya patlamaya neden olabilir.
Arizona Eyalet Üniversitesi'nden yeni bir çalışma, pildeki lityum metal anot için matris malzemesi olarak üç boyutlu bir polidimetilsiloksan (PDMS) tabakasının kullanılmasının lityum dendrit oluşumunu etkili bir şekilde engelleyebileceğini buldu. Pil ömrünü uzatın ve güvenlik tehlikelerini azaltın. Araştırma, 6 Mart'ta natureEnergy adlı yeni dergide yayınlandı.
Makalenin baş araştırmacısı Profesör Jiang Hanqing, bu keşfin lityum iyon piller, lityum hava pilleri ve diğer metal anot piller için önemli etkileri olduğunu söyledi. Çünkü pil anotları olarak kullanılan hemen hemen tüm metaller çinko, sodyum ve alüminyum piller gibi dendritler üretecektir.
Jianghanqing, kendisinin ve ekibinin sorunu malzeme veya elektrokimya açısından değil, makine mühendislerinin perspektifinden çözmeye çalıştıklarını söyledi. Dedi ki: "Bilinen araştırmalar, küçük teneke iğnelerin veya kalay bıyıklarının (dendritlere benzer) stres altında kalay metalin yüzeyinden çıkıntı yaptığını göstermektedir. Bu nedenle lityum dendritlerin büyüme nedenlerini benzetme ile inceledik. -Stres. "Olasılık"
Araştırmanın ilk turunda araştırmacılar, pil anotunun altına esnek bir PDMS katmanı eklediler ve lityum dendritlerin büyümesinin önemli ölçüde azaldığını buldular. Araştırmacının analizi, metal lityum elektrottaki biriken stresin PDMS matrisi tarafından kırışıklık deformasyonu şeklinde salındığını ve bu dendrit azaltma eğiliminin stres salınımı ile doğrudan ilişkili olduğunu göstermektedir.
Jiang Hanqing, "Bu, lityum dendritlerin oluşumunda artık stresin kilit rol oynadığını kanıtlayan ilk deneydir" dedi.
Jiang Hanqing'in ekibi, lityum dendritlerin büyüme mekanizmasını incelemenin yanı sıra, daha yüksek bir enerji yoğunluğunu korurken lityum metal pillerin ömrünü uzatmak için bu fenomenin (dendrit büyümesini azaltmak için stres salınımı) nasıl kullanılacağını da inceledi.
Araştırmacılar tarafından önerilen yöntem, pdms matrisini birden fazla kavisli yüzeye sahip üç boyutlu bir yapıya getirmektir. "Şablon olarak çok sayıda küçük gözenekli bir şeker küpü kullanan PDM'ler, sürekli bir ağ tabanı oluşturmak için şeker küpünün içindeki gözenekleri girer ve ardından elektronları yürütmek için ince bir bakır tabakasını plakalar. Bu gözenekler metalik lityum ile doludur. Jianghanqing şöyle açıkladı: "Gözenekli sünger tabakası olarak, PDM'ler basıncı etkili bir şekilde azaltabilir ve dendritlerin büyümesini engelleyebilir."
