Lityum-iyon pil anotlarında - dendrit birikimini ortadan kaldırmanın anahtarı, pilin içindeki kendi-ısıtma etkisinden yararlanarak
Şarj edilebilir lityum-iyon piller, tüketici elektroniğinde kullanılan ana pildir ve giderek elektrikli araçlar ve şebeke enerji depolama uygulamaları için tercih edilen pil haline gelmektedir. Pozitif elektrot (katot) lityum metal oksittir ve negatif elektrot (anot) grafittir. Ancak bilim adamları, daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip lityum metal pillerden vazgeçmediler ve yorulmadan daha güçlü lityum metal piller için bir çıkış yolu bulmaya çalışıyorlar.
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".
Pil temel olarak bir katot, bir anot, bir elektrolit ve bir ayırıcıdan oluşur. Ayırıcı, pilin birbiriyle temas etmesi nedeniyle kısa-devre yapmasını önlemek için iki elektrot arasına yerleştirilmiştir. Ayrıca elektrolit ile doldurulmuş ayırıcının gözenekleri, elektrotlar arasında iyonlar (yüklü atomlar) mekiğidir. kanal, ayırıcı tarafından ne kadar fazla elektrolit emilirse, iyonik iletkenlik o kadar yüksek olur.
Pil boşaldığında, anottaki pozitif yüklü lityum iyonları, elektrik üretmek için katoda aktarılır; pil şarj edildiğinde, lityum iyonları katottan anoda geri akar ve anot olarak lityum metalli pil, tekrarlanan şarj ve deşarj işlemi sırasında anot olarak lityum metaline eğilimlidir. Dendritleri oluşturmak için düzensiz bir şekilde birikmiş olan bu zor birikmeler, sonunda ayırıcıya nüfuz edebilir ve katoda ulaşabilir, hücreyi kısa devre yapabilir ve bir patlama yangını riski oluşturabilir.
Lityum dendrit sorununu ortadan kaldıran anot olarak grafit kullanmak şu anda en iyi pil seçeneğidir, ancak yakında depolama kapasitesi ihtiyaçlarını karşılayamayabilirler.
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.
Araştırma umut verici görünüyor. Süper şarjlı şarj, pili gençleştirebilir, dendritlerin neden olduğu kısa devreleri önleyebilir ve pilin daha güvenli ve yüksek enerji yoğunluğuna sahip olmasını sağlayabilir, ancak bu pilin hızla bozulmasını engeller mi? Belki ekip tarafından daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.
