Kapalný roztok pro růst dendritů v lithiových kovových bateriích

Tým docenta Wan Jiandiho z katedry chemického inženýrství Kalifornské univerzity v Davisu publikoval nový článek v časopise Scientific Progress, který navrhuje potenciální řešení pro růst dendritů v dobíjecích lithiových kovových bateriích. V tomto dokumentu Wanův tým ukázal, že ionty proudící v blízkosti katody mohou zlepšit bezpečnost a životnost dobíjecích baterií nové generace.

Lithiové kovové baterie používají jako anodu lithium. Tyto baterie mají vysokou hustotu nabití a potenciální energii, která je dvakrát vyšší než u tradičních lithium-iontových baterií, ale bezpečnost je hlavním problémem. Když se nabijí, některé ionty se redukují na kovové lithium na povrchu katody a tvoří nepravidelné dendritické mikrostruktury - dendrity, které mohou nakonec vést ke zkratům nebo dokonce explozím.

Teorie je taková, že konkurence mezi rychlostí přenosu hmoty a rychlostí redukce iontů lithia v blízkosti povrchu katody vede k růstu dendritů. Když je rychlost redukce iontů mnohem rychlejší než přenos hmoty, vytvoří se v blízkosti katody neutrální mezera nazývaná prostorově nabitá vrstva, která neobsahuje ionty. Má se za to, že nestabilita této vrstvy vede k růstu dendritů, takže její snížení nebo odstranění může snížit růst dendritů, čímž se prodlouží životnost baterie.

Wanovou myšlenkou je umožnit iontům obnovit náboj a zrušit tuto mezeru mikrofluidním kanálem přes katodu. V dokumentu tým nastínil svůj důkaz testování konceptu a zjistil, že tento tok iontů může snížit růst dendritů až o 99%.

Pro Wana je tato studie vzrušující, protože demonstruje účinnost mikrofluidních aplikací v otázkách souvisejících s bateriemi a připravuje cestu pro budoucí výzkum v této oblasti.

"Prostřednictvím tohoto základního výzkumu a mikrofluidních metod můžeme kvantitativně pochopit dopad proudění na dendritický růst," řekl. "Mnoho skupin na to zatím neprovedlo výzkum."

Ačkoli je nepravděpodobné, že by přímo integrovala mikrofluidiku do skutečné baterie, Wanův tým hledá alternativní metody, jak aplikovat základní principy této studie zavedením lokálního toku blízko povrchu katody, aby se kompenzovaly kationty a eliminovala se vrstva vesmírného náboje.

Řekl: "Jsme rádi, že můžeme prozkoumat nové aplikace tohoto výzkumu." "Začali jsme navrhovat katodové povrchy, abychom zavedli konvekci."