Tekoča raztopina za rast dendritov v litijevih kovinskih baterijah

Ekipa izrednega profesorja Wan Jiandija z oddelka za kemijsko inženirstvo na kalifornijski univerzi v Davisu je objavila nov članek v reviji Scientific Progress, v katerem predlaga potencialno rešitev za rast dendritov v litijevih kovinskih baterijah za ponovno polnjenje. V tem dokumentu je Wanova ekipa dokazala, da lahko ioni, ki tečejo v bližini katode, izboljšajo varnost in življenjsko dobo akumulatorskih baterij naslednje generacije.

Litijeve kovinske baterije uporabljajo kovinski litij kot anodo. Te baterije imajo visoko gostoto napolnjenosti in potencialno energijo, ki je dvakrat večja od tradicionalnih litij-ionskih baterij, vendar je varnost glavna skrb. Ko se napolnijo, se nekateri ioni reducirajo v kovinski litij na površini katode in tvorijo nepravilne dendritične mikrostrukture – dendrite, kar lahko sčasoma povzroči kratke stike ali celo eksplozije.

Teorija pravi, da tekmovanje med hitrostjo prenosa mase in stopnjo redukcije litijevih ionov blizu površine katode vodi do rasti dendritov. Ko je stopnja redukcije ionov veliko hitrejša od prenosa mase, bo nastala nevtralna vrzel, imenovana prostorsko nabita plast blizu katode, ki ne vsebuje ionov. Nestabilnost te plasti naj bi povzročila rast dendritov, zato lahko njeno zmanjšanje ali odstranitev zmanjša rast dendritov in s tem podaljša življenjsko dobo baterije.

Wanova ideja je omogočiti ionom, da obnovijo naboj in odpravijo to vrzel skozi mikrofluidni kanal skozi katodo. V prispevku je skupina orisala svoj dokaz testiranja koncepta in ugotovila, da lahko ta ionski tok zmanjša rast dendritov za do 99 %.

Za Wana je ta študija vznemirljiva, saj prikazuje učinkovitost mikrofluidnih aplikacij pri vprašanjih, povezanih z baterijami, in utira pot prihodnjim raziskavam na tem področju.

"S tem osnovnim raziskovanjem in mikrofluidnimi metodami lahko kvantitativno razumemo vpliv pretoka na rast dendritov," je dejal. "Še malo skupin je opravilo raziskavo o tem."

Čeprav je malo verjetno, da bi mikrofluidiko neposredno integrirali v pravo baterijo, Wanova ekipa išče alternativne metode za uporabo osnovnih načel te študije z uvedbo lokalnega toka blizu površine katode za kompenzacijo kationov in odpravo plasti prostorskega naboja.

Rekel je: "Z veseljem raziskujemo nove aplikacije te raziskave." "Začeli smo načrtovati katodne površine za uvedbo konvekcije."