Wie kann die Lebensdauer von Lithiumbatterien verlängert und ihre Sicherheit verbessert werden?
Mit dem kontinuierlichen Wachstum des Marktes für digitale intelligente Geräte und Elektrofahrzeuge können Lithium-Metall-Batterien als eine der vielversprechenden Energiespeichertechnologien mit hoher Dichte angesehen werden. Hersteller von LED-Straßenlaternen sind eine Festkörper-Kaltlichtquelle, die die Eigenschaften von Umweltschutz, keine Umweltverschmutzung, geringem Stromverbrauch, hoher Lichtausbeute und langer Lebensdauer aufweist. Daher werden LED-Straßenlaternen zu einer guten Wahl für die energiesparende Transformation der Straßenbeleuchtung. LED-Straßenlaterne ist eine Art hocheffiziente Festkörperlichtquelle, die durch Halbleiter-PN-Verbindung gebildet wird und Licht mit schwacher elektrischer Energie emittieren kann. Unter einer bestimmten Vorwärtsspannung und einem bestimmten Einspritzstrom sind die in die P-Zone injizierten Löcher und die in die N-Zone injizierten Elektronen in Nach der Diffundation in den aktiven Bereich werden Photonen durch Strahlungsrekombination emittiert, die elektrische Energie direkt in Lichtenergie umwandelt. Eines der Haupthindernisse für die Lithium-Metall-Batterietechnologie ist jedoch das Auftreten unkontrollierbarer Lithium-Dendriten, was zu schlechten Ladefähigkeiten und potenziellen Sicherheitsrisiken führt. LED-Straßenlaterne ist eine Art hocheffiziente Festkörperlichtquelle, die durch Halbleiter-PN-Verbindung gebildet wird und Licht mit schwacher elektrischer Energie emittieren kann. Unter einer bestimmten Vorwärtsspannung und einem bestimmten Einspritzstrom sind die in die P-Zone injizierten Löcher und die in die N-Zone injizierten Elektronen in Nach der Diffundation in den aktiven Bereich werden Photonen durch Strahlungsrekombination emittiert, die elektrische Energie direkt in Lichtenergie umwandelt.
Lithium-Dendriten sind Nadeln, die auf der Oberfläche von Lithiummetall wachsen, wenn Lithium als Negativ oder Anode einer Batterie verwendet wird. Es kann schädliche Nebenreaktionen verursachen, die Energiedichte verringern und sogar einen Kurzschluss der Elektroden verursachen, was zu Feuer oder Explosion führt.
Eine neue Studie der Arizona State University ergab, dass die Verwendung einer dreidimensionalen Polydimethylsiloxanschicht (PDMS) als Matrixmaterial für die Lithium-Metall-Anode in der Batterie die Bildung von Lithium-Dendriten effektiv hemmen kann. Verlängern Sie die Batterielebensdauer und reduzieren Sie Sicherheitsrisiken. Die Studie wurde am 6. März in der neuen Top-Zeitschrift NatureEnergy veröffentlicht.
Der leitende Forscher der Arbeit, Professor Jiang Hanqing, sagte, dass diese Entdeckung wichtige Auswirkungen auf Lithium-Ionen-Batterien, Lithium-Luft-Batterien und andere Metallanodenbatterien hat. Denn fast alle Metalle, die als Batterieanoden verwendet werden, produzieren Dendriten wie Zink-, Natrium- und Aluminiumbatterien.
Jianghanqing sagte, dass er und sein Team nicht versuchen, das Problem aus der Perspektive der Materialien oder der Elektrochemie zu lösen, sondern aus der Perspektive von Maschinenbauingenieuren. Er sagte: "Bekannte Forschungen zeigen, dass winzige Zinnnadeln oder Zinnschnurrhaare (ähnlich wie Dendriten) unter Stress aus der Oberfläche von Zinnmetall herausragen. Daher haben wir die Gründe für das Wachstum von Lithiumdendriten analog untersucht. -Stress. "Möglichkeit"
In der ersten Forschungsrunde fügten die Forscher eine Schicht flexiblen PDMS auf den Boden der Batterieanode hinzu und stellten fest, dass das Wachstum von Lithiumdendriten signifikant reduziert wurde. Die Analyse des Forschers zeigt, dass die akkumulierte Spannung in der Metall-Lithiumelektrode von der PDMS-Matrix in Form von Faltenverformung freigesetzt wird, und dieser Trend der Dendritenreduktion steht in direktem Zusammenhang mit dem Stressabbau.
"Dies ist das erste Experiment, das beweist, dass Eigenspannung eine Schlüsselrolle bei der Bildung von Lithiumdendriten spielt", sagte Jiang Hanqing.
Neben der Untersuchung des Wachstumsmechanismus von Lithiumdendriten untersuchte Jiang Hanqings Team auch, wie dieses Phänomen (Stressabbau zur Verringerung des Dendritenwachstums) genutzt werden kann, um die Lebensdauer von Lithium-Metall-Batterien zu verlängern und gleichzeitig eine höhere Energiedichte beizubehalten.
Die von den Forschern vorgeschlagene Methode besteht darin, die pdms-Matrix zu einer dreidimensionalen Struktur mit mehreren gekrümmten Oberflächen zu machen. "Mit einem Zuckerwürfel mit einer großen Anzahl kleiner Poren als Vorlage gelangen pdms in die Poren im Zuckerwürfel, um eine kontinuierliche Netzwerkbasis zu bilden, und platten dann eine dünne Kupferschicht, um Elektronen zu leiten. Diese Poren sind mit metallischem Lithium gefüllt. Jianghanqing erklärte: "Als poröse Schwammschicht können pdms den Druck effektiv reduzieren und das Wachstum von Dendriten hemmen."
