Der Schlüssel zur Eliminierung von Dendritenaufbau in Anoden von Lithium--Ionen-Batterien - nutzt den -Selbsterhitzungseffekt innerhalb der Batterie
Wiederaufladbare Lithium--Ionen-Batterien sind die Hauptbatterien, die in der Unterhaltungselektronik verwendet werden, und werden zunehmend zur Batterie der Wahl für Elektrofahrzeuge und Netzenergiespeicheranwendungen. Die positive Elektrode (Kathode) ist Lithiummetalloxid und die negative Elektrode (Anode) ist Graphit. Aber Wissenschaftler haben Lithium-Metall-Batterien mit höherer Energiedichte nicht aufgegeben und suchen unermüdlich nach einem Ausweg für leistungsfähigere Lithium-Metall-Batterien.
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".
Die Batterie besteht im Wesentlichen aus einer Kathode, einer Anode, einem Elektrolyten und einem Separator. Der Separator befindet sich zwischen den beiden Elektroden, um einen Kurzschluss- der Batterie durch gegenseitigen Kontakt zu verhindern. Außerdem sind die mit Elektrolyt gefüllten Poren des Separators Ionen (geladene Atome), die zwischen den Elektroden pendeln. Kanal, je mehr Elektrolyt vom Separator absorbiert wird, desto höher ist die Ionenleitfähigkeit.
Wenn die Batterie entladen wird, werden die positiv geladenen Lithium-Ionen an der Anode auf die Kathode übertragen, um Strom zu erzeugen; Wenn die Batterie geladen wird, fließen die Lithiumionen von der Kathode zurück zur Anode, und die Batterie mit Lithiummetall als Anode neigt während des wiederholten Lade- und Entladevorgangs zum Lithiummetall als Anode. Ungleichmäßig abgeschieden, um Dendriten zu bilden, können diese kniffligen Ansammlungen schließlich den Separator durchdringen und die Kathode erreichen, die Zelle kurzschließen und ein Explosionsbrandrisiko darstellen.
Die Verwendung von Graphit als Anode, die das Lithium-Dendriten-Problem vermeidet, ist derzeit die beste Batterieoption, aber bald werden sie möglicherweise nicht mehr in der Lage sein, mit den Anforderungen an die Speicherkapazität Schritt zu halten.
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.
Die Forschung klingt vielversprechend. Supercharged Charging kann die Batterie verjüngen, durch Dendriten verursachte Kurzschlüsse verhindern und dafür sorgen, dass die Batterie sicherer ist und eine hohe Energiedichte hat, aber verhindert dies, dass die Batterie schnell zerfällt? Möglicherweise sind weitere Untersuchungen durch das Team erforderlich .
